Способ определения тепловых сопротивлений Советский патент 1989 года по МПК G01K17/00 

1

(21)4273111/31-10

(22)27.05.87

(46) 15,12о89о Бюл„ № 46

(71)Ленинградский институт точной механики и оптики

(72)Ю.П.Заричняк, Е.Д.Ушаковская, и И.А.Мигитко

(53) 536о6(088,8)

(56) Швец И.Т., Дыбан Е.П. Контактный теплообмен в деталях турбомашины, В кн. Воздушное охлаждение газовых турбиНо Киев; из-во Киевского университета, 1959, с. 351.

Шлыков Ю.П, Ганин Е.А,, Царев- ский С.Н. Контактное термическое сопротивление о М,: Энергия, 1977, с. 39-47о

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ.СОПРОТИВЛЕНИЙ

(57) Изобретение относится к тепло- физическому приборостроению, теплоэнергетике, энергомашиностроению и мо- может быть использовано для определения тепловых сопротивлений деталей приборов и элементов конструкций с одномерным полем температур и теплоотдачей от боковой поверхности в окружающую среду, различных узлов и соединений. Целью изобретения является повычение точности определения тепловых сопротивлений. Измерения тепловых потоков и температур на каждом торце исследуемого объекта проводятся с дважды при различных значениях мощное ти источника (стока) теплового потока. Тепловые сопротивления вычисляются по формулам, приведенным в тексте описания. 2 ил.

Изобретение относится к теплофизическому приборостроению, теплоэнергетике, энергомашиностроению и может быть использовано для определения тепловых сопротивлений деталей приборов и элементов конструкций с одномерным полем температур и теплоотдачей от боковой поверхности в окружающую среду, различных узлов и соединений. Целью изобретения является повышение точности определения тепловых сопротивлений. Измерения тепловых потоков и температур на каждом торце исследуемого объекта проводятся дважды при различных значениях мощности источника (стока) теплового потока. Тепловые сопротивления вычисляются по формулам, приведенным в тексте описания. 2 ил.

Изобретение относится к теплофи- зическому приборостроению, теплоэнергетике, энергомашиностроению и может быть использовано для определения тепловых сопротивлений объектов с одномерным полем температур с теплоотдачей от их боковой поверхности в окружающую среду,

Целью изобретения является повышение точности определения тепловых сопротивлений, что в свою очередь, позволяет более точно рассчитывать температурные поля и тепловые потоки объектов, в которые испытуемый объект входит гогтарной частью

На фиг.1 показано устройство, реализующее способ измерения тепловых сопротивлений; на фиг .2 - схема замещения исследуемого объекта

Установка состоит из источника питания 1, нагревателя 2, двух термопар 3, двух тепломеров 4, исследуемого объекта 5, измерительного при- . бора 6, переключателя 7, основания 8, являющегося стоком тепла,

Сопротивления , , R, соответствуют тепловым сопротивлениям между торцом тела и окружающей средой, противоположным торцом и окружающей средой, между торцлми тела. Эти со3

противления зависят от формы, размеров тела, теплопроводности, контактного сопротивления элементов, коэффициента теплоотдачи с боковой поверхности.

Изобретение связано с особенностями описания процессов теплообмена в деталях приборов и элементах конструкций, имеющих одномерное темпертурное поле и с теплоотдачей от боковой поверхности. Такие объекты относятся к классу объектов с распределенными параметрами, тепловой режим которых описывается обыкновенным дифференциальным уравнением второго порядка вида:

/0

d0

А,(х) ,(x) + А,(х)0, (1)

где X - координата, вдоль которой изменяется температурное поле; 6 (х) - перегрев тела в точке х относительно температуры окружающей среды; А,(х), А(х), ) - функции, зави- ся1цие от формы области.

На основании решения уравнения (1) с учетом граничных условий можно записать уравнения, связывающие разности температур Qi и Sj между тор

цами и окружаюр1ей средой, а также потоки Р, и Р/1 через них,

Тепловые сопротивления схемы замещения определяются из решения системы четырех уравнений, выражающих зависимость тепловых потоков через противоположные торцы объекта от разности температур, мерений:

9, , 02 для двух ИЗR, lei /(р,0 -р (е)

R |91 /(0; , ЬР )

R,,, iei /(р, G , -0, р ,)

(2)

ье , - е;

I&1 9,9,-0,91

, р PI р;

Узлы и соединения различных деталей приборов и элементов конструкций с одномерными темпера урными поля ми и теплоотдачей от боковых поверхностей элементов представляют, как правило, систему последовательных и параллельных соедииений этих элементов о

В теории электрических цепей показано, что последовательное и параллельное соединения четырехполюсников представляет собой также четырехполюс

0

5

0

5

0

5

ник, параметры которого являются функциями соответствующих параметров элементарных четырехполюсников. Такой составной четырехполюсник может быть отображен в виде той или иной схемы замещения. Таким образом, рассмотренный выше способ определения тепловьпс сопротивлений отдельных деталей приборов и элементов конструкций может быть применен для узлов, представляющих собой последовательно-параллельное соединение этих узлов.

Создаваемый тепловой поток через один из торцов приводит к изменению температуры испытуемого объекта, что в свою очередь приводит к изменению теплопроводности X материала и коэффициента теплоотдачи uL от боковой поверхности. Изменение указанных параметров может привести к погрешности в определении тепловых сопротивлений Rj, R и R, , которые зависят от и tL,

Поэтому необходимым условием для обеспечения требуемой точности определения тепловых сопротивлений является ограничение температуры испытуемого объекта в эксперименте.

Пусть 6 - допустимая относительная погрешность определения тепловых сопротивлений о Изменение R; (,2, 12) сопротивления за счет изменения температуры Т объекта равно

R

в;,т

ат

(3)

9Ri

где К производная 1-го сопротивления по температуре;

T - изменение температуры Т объекта относительно номинального значения , I которое имеет объект в условиях эксплуатации, т.е„

лт Т - т„,„

Относительная погрешность определения сопротивления равна

Эк; R. т (А)

Относительная погрешность для всех трех сопротивлений не должна превышать допустимой величины , т.е.

,

Тт

Т т - н

(5)

Т

ком

t мин

f R . ном 1 2 j

Допустимое значение погрешности 6 выбирается с учетом погрешности измерения температур и тепловых потоков

jRi

Производные тг;;; могут быть определены аналитически для тел простой формы (цилиндрор, дисков и дрО либо экспериментально, В последнем случае измерения тепловых потоков и температур производят для трех значений мощности теплового потока;, ТепловьЕе сопротивления рассчитывают по формуле (2) для первых значений мощности и для последних двух. Если рассчитанные тепловые сопротивления отличаются незначительно, то условие (5) выполняется о В противном случае необходимо уменьшить мощность и эксперимент повторить о

Способ использовался для определения тепловых сопротивлений элементов сложной формы конструкций различных оптических приборов, в частности кронштейна телевизионной узкоугольной камеры Вега. 1 сследуемый кронштейн имеет сложную форму и рассчитать его сопротивление с: учетом боковой те.пло- отдачи не представлялось возможным.

Установка (без измерительной аппаратуры) помещалась в тепловакуумную камеруо

В камере имитироралипл условия (температура, давление и чернота) космического пространства. Сигналы от термопар и тепломеров через разъем камеры поступали на измерительные при борЫо Измерения проводились при двух значениях мощности нагревателя 1,Я и 3,4 Вт. При каждом значении мощности измерения тепловых потоков и температур проводились по достижении ста- ционарного состояниЯо Далее по фор

.

тывались сопротивления схемы замещения кронипейпа Полученные сопротивления использо)1,1лись при расчете температурных и тепл(изых потоков телекамеры.

Для этого ) е кронштейна определялись тепловгле сопротивления по способу-прототипу U: изоляцией Скоковой поверхности), Лналнч показал, что такое определение тпть юрых сопротивлений приводит к П(11 1)ешности определе10

15

0576

ния температур элементов оптической системы в 34% и тепловых потоков более чем в 130%, что является недо- пустимым для оптических приборов.

Способ позволяет уменьшить погрешность определения тепловых сопротивлений до ;у 10% (эта величина определяется погрешностью измерения температур и тепловых потоков), благодаря чему появилась возожность снизить погрешность расчета температурных полей, обусловленную погрешностью определения тепловых сопротивлений до пренебрежимо малой величины (менее 2%).

0

0

5

Формула изобретения

Способ определения тепловых сопротивлений объектов в стационарном режиме, заключающийся в том, что соз- дгшт тепловой поток через одну из торцовых поверхностей испытуемого объекта, измеряют тепловые потоки через две противоположные поверхности объекта и перепады температур между этими поверхностями и температурой окружающей среды, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет учета зависимости условий теплообмена и теплофизических свойств объекта от температуры, измерения проводят дважды, при двух значениях создаваемого теплового потока, при которых температура Т испытуемого объекпа в каждом из измерений удовлетворяет условикз

((Т „„,) мин -

с D .J.

9х

).

40

50

где 1

иом

5 но«л

Si

ЭТ

номинальная температура объекта в условиях эксплуатации;

допустимая относительная погрешность определения тепловых сопротивлений; номинальные значения тепловых сопротивлений, ,2,12;

производные тепловых сопротивлений по температуре, тепловые сопротивления вычисляют по

формулам

R, 191 /(Р,й0 -pluG ); R 191 /(fiPe, - ЬР Ь9,); R,|9i /(Р,е -Р, 0, );

lei .0; 9,;

&В .; uS 0; -9; ;

Р, ;

тепловые сопротивления между торцовыми поверхностями и окружающей средой;

тепловые потоки и перепады температур относительно окружающей

среды и торцовых поверх ностей объекта; «Pi. ГО Р втором энами

чении мощности теплового потока;

- тепловое сопротивление объекта между противоположными поверхностями.