Устройство для теплофизических исследований Советский патент 1986 года по МПК G01N25/20 

Изобретение относится к теплотехнике, в, частности к устройствам ля измерения коэффициентов теплоотдачи и температуропроводности и ожет быть использовано при исследоании тепловых процессов в каналах агнитогидродинамических генераторов и других теплонапряженных объектов техники.

Цель изобретения - расширение ункциональных возможностей установки.

На .фиг.1 показана принципиальная схема установки; на фиг. 2 и 3 - графические зависимости, позволяющие определить коэффициенты теплоотда- чи и температуропроводности по результатам эксперимента.

Установка содержит мерш 1Й блок 1, в котором выполнен канал 2, в отверстие 3 помещена термопара 4, в отверстие 5 введен датчик 6 давления соединенный с усилителем 7.. ерный блок 1 снабжен наружным теплообменником 8, внутри которого в потоке охладителя размещена термопара 9, отделенная от установленной на наружной стенке блока I термопары 10 экраном II. Теплообменник 8 соединен с насосом 12 и регулятором расхода 3 охладителя. Мерньй блок 1 соединен с камерой 14 сгорания, снабженной воспламенителем 15. Внутри камеры 14 сгорания на участках разогрева 16 и модуляции 17 размещено топливо 18, Термопары 4,9 и 10 соединены с термостатом 19, потенциометром 20, усилителем 21, и шлейфовым осциллографом 22 (регистратором температуры).

Устройство работает следующим . образом..

При включении установки через насос 12 и регулятор 13 в теплообменник 8 подается охладитель. На кон-- такты воспламенителя 15 подается электрический сигнал, что обеспечивает воспламенение поверхности топлива 18 на участке разогрева 16.

При движении поверхности горения по участку 16 происходит сгорание тогшива, истечение продуктов сгорания из камеры 14 через канал 2, разогрев блока 1 до требуемой температуры. Неизменность во времени температурного поля блока 1 обеспечивается ; циркуляцией охладителя в теплообменнике В. Требуемая степень нагрева

мерного блока 1 обеспечивается путем регулирования подачи охладителя регулятором 13. .

При достижении фронтом пламени

участка 17 модуляции поверхность горения периодически уменьшается и увеличивается, вызьшая изменение давления в камере 14 сгорания и канале 2. При этом происходит соответствующее изменение теплового потока от продуктов сгорания в канале 2 к стенке мерного блока 1 вследствие измене ния массовой скорости продуктов сгорания в канале 2.

Запись переменной составляющей давления (а соответственно, и кон- вект ивного теплового потока) осуществляется при помощи шлейфового осцил- лографа 22, сигнал на который подается с датчика 6 давления через усилитель 7. Аналогично производится запись неременной составляющей сигнала термопары 10. Постоянная составляющая компенсируется потенциометром 20, переменная усиливается усилителем 21 и регистрируется на. шлейфовом осциллографе 22.

В области высоких температур 2000- 3000 К вместо термопары 4 можно использовать фотоэлектрический способ регистрации температуры. Численное значение критерия (В;,-. ) при теплоотдаче от стенки мерного блока 1 к охладителю теплообменника 8 определяется, как соотношение

В

лТЛ

где Р и 1 - толщина стенки блока 2

и расстояние между термопарами 4 и 10;

дТд,aTj- разности температур, измеренные термопарами 4,10 и 9,Ю соответственно. Производится вьиисление значений сдвига фаз Ч , между, колебаниями . теплового потока на поверхности канала 2 и температуры в точке установки термопары 10 при известном зна- чении и заданной серии значений

В12 т.е. условиях тецлообмена на поверхности канала 2. По полученным данным строят серию графиков для различных В. в координатах Ч, и 2.. (фиг,2). . .

Вьписление 2, производится по формуле при построении графиков значе- ;Ния Z задают

-Qгде Q - коэффициент температуропроводности;

t - расстояние между точкой установки термопары Ю и поверхностью канала 2 мерного блока.

Производится измерение сдвига фаз Ч , между колебаниями теплового потока и температурной в контрольной точке (термопара 10) для частоты 1 изменения теплового потока, выпол няется измерение сдвига фаз для частоты 1 2м теплового потока.

- Вычисляется ряд значений Ч (Zij ) где Z.J определяется аналогично 7. для частоты и). Производится постро - ение графических зависимостей в координатах вычисленных значений f, и 4 j для серии В. (фиг.З) .

По измеренным значениям f и и графикам (фиг.З), определяется значение и из выражения для Ву производится определение коэффициента теплоотдачи о от высокотемпературного газа к стенке канала 2.

,где Л - коэффициент теплоотдачи

от газа к стенке канала 2 - расстояние, между точкой установки термопары 10 и поверхностью канала 2; 1 - коэффициент теплопровод- . ности материала, определен ный заранее при температуре испытаний.

По измеренной величине Ч , опре деленному в результате эксперимента Ву и по графическим -зависимостям (фиг.2) определяется величина Z. и

1

коэффициент температуропроводности Q в реальных условиях обтекания поверхности высокотемпературным потоком газа . р1 .

а-ч-|г

где to, - частота колебаний теплового потока при движении фронта пламени участку 16 камеры,

427934 .

Е - .расстояние между точкой установки термопары 10 и поверхностью канала 2. С целью обеспечения требуемой точ- 5 ности иямерений и) и Е подбираются из условия 3, причем P/at 3, где Ij - длина канала мерного участка 1. Эти условия обеспечивают минимальную погрешность определения Q при любых 10 значениях Б,- .

Форма вьшолнения профиля продоль- . ного сечения камеры участка модуляции выбрана из условия обеспечения необходимой формы колебаний теплового 15 потока от газа и стенки мерного участка. Метод температурных волн предлагает измерение сдвига фаз меж- ду колебаниями плотности теплового потока и колебаниями температуры в 20 контрольной точке.

Величина плотности конвективного теплового потока от высокотемпературного газа к стенке пропорциональна давлению газа в камере сгорания. 25 Периодическое изменение давления в камере обеспечивает соответствующее изменение плотности теплового потомка к стенке камеры и мерного блока. Периодическое изменение Площади 0 поперечного сечения участка модуляции обеспечивает периодическое изменение расхода и давления в камере сгорания, в канале мерного блока и плотности теплового потока в стенку r канала мерного блока.

Форма выполнения профиле, продольного сечения выбрана такой, чтобь площадь поперечного сечения периодически изменялась по длине участка 0 модуляции. Причем экспериментально установлено, что П-образный профиль продольного сечения участка модуляции обеспечивает практически синусоидальное изменение давления 5 газа в канале и следовательно плотности теплового потока в стенку мерного блока. .

Частота изменения площади поперечного сечения участка модуляции, а

0 сле довательно, и частота колебаний плотности теплового потока выбирается из условия обеспечения минимальной г. погрешности определения температуропроводности Q .

5 Две частоты изменения теплового потока при определении коэффициента теплоотдачи выбраны с целью уменьще- ния погрешности определения критер)ия В , так как при меньшем отношении частот погрешность возрастает, при большем - уменьшается амплитуда колебаний температуры, что затрудняет ее регистрацию.

Применение данной установки позв О ляет определять величину коэффициент теплоотдачи при обтекании объектов высокотемпературной средой при значительной величине удельного теплового потока к поверхности без непосредственного измерения температуры стенки объекта со стороны высокотемпературного потока газа и температуры обтекающего газа. Установка обеспечивает возможность измерений при обтекании поверхности агрессивным, коррозионно-активным потоком. Кроме коэффициента теплоотдачи может быть определен коэффициент температуропроводности материала объекта.

Формула изобретения

1.Устройство для теплофизических исследований, включающее источник рабочей среды и мерный блок с дат- чиками температуры, соединенны ми с

термостатом и регистратором температуры, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональ- ных возможностей, в мерном блоке выполнен канал для подачи рабочей среды, герметично соединенный с ее источником и модулятором теплового потока, при этом мерный блок снабжен датчиком давления и наружным теплообменником с насосом подачи и регулятором расхода охладителя.

2. Устройство по П.1, от л и - чающееся тем, что источник рабочей среды и модулятор теплового потока выполнены в виде снабженной топзтвом камеры сгорания, внутренний объем которой включает участок .разогрева в виде цилиндрического канала и участок модуляции, профиль продольного сечения которого выполнен в виде П-образных выступов и впадин, чередующихся с различной V частотой по его длине, причем частота изменения площади поперечного сечения модулятора на части его длины в 2 раза больше частоты изменения площади на другой его части.

,м

.

V

ffM

eiz

V

Zi

фаг.2

/

8i,

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к устройствам для измерения коэффициентов теплоотдачи л температуроп1эоводности. Оно может быть использовано при исследовании тепловых процессов в каналах магнитогидродинамических генераторов и других теплонапряженйых объектов техники. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства. Устройство содержит источник рабочей среды и мерный блок с датчиками температуры, соединенными с термостатом и регистратором температуры, а также датчик давления, теплообменник с насосом подачи и регулятором расхода охлажде ния. При включении устройства через насос и регулятор в теплообменник подается охладитель. На контакты-, воспламенителя подается электрический сигнал, что обеспечивает воспламенение поверхности топлива на участке разогрева, происходит сгора- .ние топлива, истечение продуктов сгорания, разогрев блока до требуемой температуры. Неизменность во времени температурного поля мерного блока обеспечивается циркуляци - ей охладителя в теплообменнике. Требуемая степень нагрева мерного Q блока обеспечивается путем регулиро- .tg вания подачи охладителя регулятором. При достижении фронтом пламени участка модуляции поверхность горения периодически у1-«еньшается и увеличивается, вызьтая изменение давления в S камере сгорания и канале. Коэффици- ент т емпературопроводности определяется в реальных условиях обтекания поверхности высокотемпературным потоком газа по частоте колебаний теплового потока при движении фронта пламени. 1 з.п.ф-лы, 3 ил. (Л Usi Ю «