СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ЧЕРЕЗ СТЕНКУ КОНВЕКТИВНО ОХЛАЖДАЕМОЙ ДЕТАЛИ Российский патент 1997 года по МПК G01N25/18 

Описание патента на изобретение RU2084881C1

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для контроля параметров теплопередачи в конвективно охлаждаемых деталях, например в лопатках газовых турбин.

Известен способ контроля параметров теплопередачи, включающий измерение температуры охлаждающей среды, температуры поверхности охлаждаемой детали и теплового потока от детали к среде. Недостатком данного способа является высокая трудоемкость при исследовании деталей сложной формы [1]
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ контроля теплообмена в конвективно охлаждаемых деталях, включающий операции погружения исследуемой детали в расплав чистого высокотеплопроводного металла при температуре его кристаллизации, продувки детали охлаждающей средой, извлечения из расплава и измерения толщины намороженной корки металла с последующим расчетом искомых характеристик [2] В известном способе коэффициент теплопередачи К вычисляют для квазистационарных условий по формуле

где δк- толщина корки металла, образовавшейся на детали при ее продувке в кристаллизующемся расплаве и измеряемая через 2-4 с после прекращения продувки;
τ время продувки;
L, r теплота кристаллизации и плотность расплавленного металла;
Ткр, Tв температура кристаллизации расплава и охлаждающей среды соответственно.

Однако известный способ имеет недостаточную точность определения параметров теплопередачи, обусловленную влиянием на указанные параметры толщины корки металла, образовавшейся на поверхности детали при нестационарных условиях тепловых испытаний, которые не могут быть адекватно описаны приведенным расчетным выражением, справедливым лишь для стационарного режима теплообмена.

Следует отметить, что полностью исключить нестационарный процесс теплообмена при калориметрировании в жидкометаллическом термостате невозможно, а величина погрешности увеличивается пропорционально размерам и массе контролируемой детали, что значительно ограничивает область применения калориметрического способа лишь номенклатурой малоразмерных и тонкостенных конвективно охлаждаемых деталей.

Задачей данного изобретения является повышение точности определения коэффициента теплопередачи к охлаждающей среде.

Решение указанной задачи достигается тем, что согласно способу определения коэффициента теплопередачи через стенку конвективно охлаждаемой детали, например лопатки турбины, включающему погружение исследуемой детали в расплав высокотеплопроводного металла при температуре его кристаллизации, продувку детали охлаждающей средой с замером температуры среды на выходе из детали, извлечение ее из расплава и измерение толщины отвержденной корки металла с последующим расчетом искомых параметров, продувку осуществляют в два этапа при одинаковом расходе охлаждающей среды, продолжительность t1 одного из которых равна или больше длительности τc процесса стабилизации температуры охлаждающей среды на выходе из детали, а длительность τ2 второго этапа больше τ1, определяют коэффициент теплопередачи по формуле

где δ1, δ2 толщина корки металла, образовавшейся на поверхности детали, соответственно после первой и второй продувок в кристаллизующемся расплаве.

На чертеже показана характерная для калориметрических испытаний зависимость температуры охлаждающей среды на выходе из детали от времени испытаний /продувки/, откуда видно, что на начальном этапе продувки термостатированной в жидкометаллическом термостате детали охлаждающей средой ее температурный режим изменяется и, начиная с некоторого момента времени τc, стабилизируется. Если исходные параметры испытаний учитывать только на стабилизированном этапе продувки, то точность определения К и других параметров теплопередачи может быть существенно повышена и будет в меньшей степени зависеть от габаритов и массы испытуемой детали. При известном времени τc эта задача легко решается путем повторных продувок в расплаве металла с длительностью соответственно τ2 > τ1 с выемкой детали из расплава после каждой продувки и измерением толщины, образовавшейся корки металла, и подстановки с расчетное выражение (2) значений толщины корки металла и времени ее образования на стационарном режиме испытаний, полученных как разность их двух измерений.

Использование предлагаемого способа по сравнению с известным обеспечивает повышение точности определения коэффициента теплопередачи через стенку конвективно охлаждаемой детали.

Похожие патенты RU2084881C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ КОНТРОЛЯ ОХЛАЖДАЕМОЙ СТЕНКИ С ОТВЕРСТИЯМИ 1996
  • Попов В.Г.
  • Мастушкин М.Ю.
RU2117164C1
Способ определения коэффициента теплопередачи через стенку конвективно охлаждаемой детали 2018
  • Шевченко Игорь Владимирович
  • Рогалев Николай Дмитриевич
  • Соколов Владимир Петрович
  • Рогалев Андрей Николаевич
RU2677973C1
Способ определения коэффициента теплопередачи 1982
  • Галкин Михаил Никитович
  • Бойко Анатолий Николаевич
  • Литвинков Владимир Павлович
  • Харин Александр Александрович
SU1081504A1
Способ определения коэффициента теплопередачи 1990
  • Галкин Михаил Никитович
  • Шевченко Игорь Владимирович
  • Черный Мстислав Сергеевич
  • Лебедев Александр Серафимович
  • Шубин Сергей Александрович
SU1822959A1
Способ определения коэффициента теплопередачи 1986
  • Галкин Михаил Никитович
  • Бойко Анатолий Николаевич
  • Харин Александр Александрович
  • Шевченко Игорь Владимирович
  • Шубин Сергей Александрович
SU1341505A1
СПОСОБ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ МАТЕРИАЛА ЭКСТРАКЦИЕЙ РАСПЛАВА 1994
  • Митин Б.С.
  • Серов М.М.
RU2061582C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ГРАНУЛ 1997
  • Силин М.Б.
  • Жаров М.В.
RU2117556C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ГРАНУЛ 1997
  • Силин М.Б.
  • Жаров М.В.
RU2125923C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛООТДАЧИ 2001
  • Жорник М.Н.
RU2220409C2
Способ определения коэффициента теплопередачи 1975
  • Галкин М.Н.
  • Харин А.А.
SU550008A1

Реферат патента 1997 года СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ЧЕРЕЗ СТЕНКУ КОНВЕКТИВНО ОХЛАЖДАЕМОЙ ДЕТАЛИ

Использование: для контроля параметров теплопередачи в различных конвективно охлаждаемых деталях. Сущность изобретения: исследуемую деталь помещают в расплав высокотеплопроводного металла при температуре его кристаллизации, дважды продувают ее охлаждающей средой в течение разного интервала времени, превышающего длительность процесса стабилизации температуры на выходе из детали, вынимают после каждой продувки из расплава, и измеряют толщину отвержденной корки металла с последующим расчетом искомых характеристик. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 084 881 C1

Способ определения коэффициента теплопередачи через стенку конвективно охлаждаемой детали, включающий погружение исследуемой детали в расплав высокотеплопроводного металла при температуре его кристаллизации, продувку детали охлаждающей средой с замером температуры среды на выходе из детали, извлечение ее из расплава и измерение толщины отвержденной корки металла с последующим расчетом исходных параметров, отличающийся тем, что продувку осуществляют в два этапа при одинаковом расходе охлаждающей среды, продолжительность одного из которых τ1 равна или больше длительности τc процесса стабилизации температуры охлаждающей среды на выходе из детали, а длительность τ2 второго этапа больше τ1, и определяют коэффициент теплопередачи К по формуле

где δ1, δ2 - толщина корки металла, образовавшейся на поверхности детали, соответственно, после первой и второй продувок в кристаллизирующемся расплаве;
L, ρ - теплота кристаллизации и плотность расплавленного металла;
Ткр, Тв температура кристаллизации расплава и охлаждающей среды, соответственно.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1997 года RU2084881C1

Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
Осипова В.А
Экспериментальное исследование процессов теплообмена
- М.: Знергия, 1969, с
Крутильный аппарат 1922
  • Лебедев Н.Н.
SU234A1
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
Способ определения коэффициента теплопередачи 1982
  • Галкин Михаил Никитович
  • Бойко Анатолий Николаевич
  • Литвинков Владимир Павлович
  • Харин Александр Александрович
SU1081504A1
Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1

RU 2 084 881 C1

Авторы

Попов В.Г.

Шевченко И.В.

Даты

1997-07-20Публикация

1994-07-14Подача