Способ определения температуры потока жидкости или газа Советский патент 1983 года по МПК G01K13/02 

fut.1

Чго.

Изобретение относится к теплофиэческим измерениям и может быть использовано, например,для. определени стационарной или нестационарной температуры потока жидкости или газа в различных промышленных и исследовательских установках.

Известен способ изменения темпертуры потока, включающий размещенные датчики, температуры в потоке и измерение его температуры 1Т|.

Однако введение в исследуемый поток датчика температуры вносит возмущение в течение, искажает температурное поле, может нарушить идущу в потоке химическую реакцию, снижает надежность и долговечность датчика.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения температуры газового потока, включающий измерение температуры размещенного в стенке, ограничивающей контролируемый поток, тепловосп1)инимающего стержня с известными теплофизическими свойствами и с теплоизолированными боковой поверхностью и поверхностью торца, свободный торец которого установлен заподлицо с внутренней поверхностью стенки и находится в контакте с контролируемым потоком На оси стержня на фиксированных расстояниях расположено два термочувствительных элемента, с помощью которых измеряют два момента времени, соответствующие одинаковым показаниям термочувствительных элементов и вычисляют температуру по известному соотношению распространения тепла в полуограниченном теле 2}.

Недостатком известного способа является необходи лость размещения двух термопар на точно известных расстояниях друг от друга и от омываемой поверхности: возможность измерения лишь стационарной температуры потока, незначительно отличающейся от начальной температури стержня. В противном случае вследствие температурной зависимости теплофизических свойств материала стержня отклонение определяемой температуры потока по результатам измерений в стержне может быть весьма значительным.

Цель изобретения - упрощение способа и повышение его надежности за счет исключения ошибок установки датчика.Указанная цель достигается тем, что согласно способу, включающему изгяерение температуры размещенного в стенке, ограничивающей контролируемый поток, тепловоспринимающего стержня с известными теплофизическими свойствами и с теплоизолированными боковой поверхностью и поверхностью торца, свободный торец которого установлен заподлицо с внутренней поверхностью стенки и находится в контакте с контролируемым потоком, температуру стержня измеряют в два фиксированных момента времени на его поверхности, омываемой потоком, а температуру потока определяют по формуле

0 . Т(-Си)-%сту,4.)УСТи)/дк( - (-cv(tv,)(rH.,)

где1Г {С{,) л- соответственно

измеряемые темпера5 туры омываемой по-.

верхности в моменты времени С и

ЧТчи-и) плотности теплового потока,контактирующего с омываемой Поверхностью в эти же моменты времени. На фиг-. 1 изображено распределение температуры по толщине ff .тепловоспринимающего стержня при мысленном разбиении его на п слоев равной

толщины Д.Х каждый и указаны температуры на поверхности тела, обращенной к потоку с температурой т-. и в центрах выделенных мысленно, слоев, т.е. 0 указаны

Т(г),Т .Тг.- Д .T, Дт-Л

V

при условии теплоизоляции противоположной поверхности ( q, О).

5 На фиг.2 изображено сечение полой лопатки газовой турбины. При этом показаны обтекаемое потоком газа тело лопатки 1, тепловоспринимающий стержень 2, термодатчик 3 на обтекаемой газом поверхности, теплоизоляция 4 противоположной поверхности торца и теплоизоляция 5 боковой поверхности тепловоспринимающего стержня.

На фиг.З показано обтекаемое потоком газа тело ло,патки 1, тепловоспринимающий стержень 2, термодатчик 3 на обтекаемой газом поверхности стерж« ня, теплоизоляция 5 боковой поверхности стержня 2 и термодатчик б на противоположной поверхности стержня, смываемой охлаждающим лопатку воздухом.

Теплоизоляция боковой поверхности 5 тепловоспринимсшицего стержня позволяет считать распространение тепла в нем одномерклм. Тогда, если мысленно разбить толщину сГ тепловоспринимающего стержня на fvi слоев толщиной ЛX каждый (&У cf/rtt), то изменение во времени температурного поля в нем определяется из решения на каждом временном слое следующей системы алгебраических уравнений (полагая, 5 что тепловоспринимающий стержень можно рассматривать как вырезку из пластины): c$)() .: „ .. v - -. .A(ll|li).I ьхМ.срСтП ,д(1ь11Ь 1Ш:1х . 7 / uTti Л vTn. соСт V fcrc где cff и Л объемная теплоет кость и коэффициент тевлопроизво|1ительнос и, зависящие от температуры материала, выбираются из таблиц теплофизических свойств материалов; Т- - известные температуры в точках тела на пред шествующем. И -м временном слое известны из расчета системы уравнения) при извест ной начальной «темпе„,. ратуре тела Т. - искомые температуры центров слоев толщино ДХ каждый на временном слоеЧл+1) которые также находятся из решения системы уравнений. Определяется еще и плотность теп лового потока, входящего в обиваемую поверхность стержня со стороны контролируемого потока жидкости или газа в любой момент времени Т|, от начала теплового контакта и омываемого им тела п tT X - п / Tw ССк) CTtJA ссц)-т, (хи 1 п CVITV,). 2. J Для следующего момента времени tL.плотность теплового потока в тело определяется как я л ч -01 f TW- ( (Ти 11ЛТ1уСС11 -| -Тл (т VCty,+i) -2Л -г; 1 п-, T-V - (2 При стационарности потока жидкости или газа .и его тёкшёратуры Tj (пока неизвестной) можно записать та же для указанных моментов вр«лени V (-Ci,) ct (Tj -TVC, (Ти) ) i ( 3 ) (C.)))| (4) где cC - коэффициент конвективного теплообмену между потоком и омываемой им поверхность Разделив левые и правые части X 3 и С4 ) , получаем (Vсги)/%(Ги+1) (T -т«г(Ги))/(Tf Л( т- f откуда искомая температура потока ; такова т - Tw(.л-(у (Гм)/У() .-еч Ч- ад/(уст;,1) В формуле (5)Ту/(Гп}иТ СГпи) измеряемые в моменты времени хГи Hf., отстоящие друг от. друга, например, на временной слой температуры поверхности стержня, обращенной к потоку с температурой Tf ; C(yi 9СГи.), рассчитываемые на основании этих же измерений по формулах (1 и (2 плотности теплового потока в омываемую поверхность стержня. В том. случае, когда обе поверхности тепловоспринимающего стержня омываются потоками жидкости или газа , тештературы Т. и Т потоков у первой и второй поверхности аналогично описанному определяются как Т - T(Cv,)-Ts.(:и.)(4.(tи). «Г (th)/(Vi(Ttn-i) , т - rwa.(.Cr,.) а.(Ги)/д-гСГй41) , . -«VitCn)(T:,.) . /, -в формулах (6) и ,(Ти1,,) HqriCTi,),(Vi(TH,), соответственно измеряемые в моменты времениCj, иЦ, . отстоящие -друг от друга-, например, на временной слой b.U температуры одной поверхности стержня, обращенной к омывающему ее потоку с тиипературой T и рассчитываемые на основании зтих измеЕ ений плотности теплово-. го потока в эту поверхность, в эти же моменты времени ,« и+5|,(Ти)., ),) соответственно измеряемые в мсменты времени ТГу и ТГ|,+ отстоящие-друг от друга, например, на временной слой AtT температуры второй поверхности стержня J, обращенной к омывающему ее потоку с температурой рассчитываемые на основании этих измерений плотности теплового потока в эту поверхность в эти же моменты ВЕ)емени11|},,-. Способ осуществляется следующим образом. J1 В стенке 1 толщиной .О канала : лопатки (фиг.З заподви.цО с. ее «внутренней поверхностью выделяют, например, электроэрозией Такой же толщины теплоизолированный с боковой го- верхности 5 стержень 2, иммитируюгций вырезку из пластины. На поверхности стержня, обращенной к потоку, устанавливают термодатчик 3. Противоположную поверхность теплоизолирует. Характеристики материала стержня, зависящие от температуры,начальну 1 температуру, тела полагают известными. Пускают более теплый или более холодный, чем начальная темпеи

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОТОКА ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА , включающий измерение температурыразмещенного в стенке, ограничивающей контролируемый поток, тепловоспринимающего стержня с известными теплофизическими свойствами и с теплоизолированными боковой поверхностью и поверхностью торца, свободный торец которого установлен заподлицо с внутренней поверхностью стенки и находится в контакте с контролируемым потоком, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и повышения его надежности за счет исключения ошибок установки датчика, температуру стержня измеряют в два фиксированных момента времени на его поверхности, омываемой потоком, а температуру потока определяют по формуле J -Ту,;С:)-Т,)УСТ;и)) -q(t«)/(V(C,,) где Т ( ц соответственно измеряемые температуры омываемой д поверхности в моменты времени Гц и } aCTu MOCt;..)- плотности, теплои т -и-м вого потбка,контактирующего с омываемой поверх-g ностью в э.т.и же моменты времени.