Проточный калориметрический зонд Советский патент 1990 года по МПК G01K17/00 

Изобретение относится к тепломет- рии и может быть использовано для измерения энтальпии торможения высокотемпературных газовых потоков, например рабочих потоков аэродинамических

установок с электродуговыми нагревателями газа.

Целью из9бретения является повышение точности измерения при одновременном уменьшении габаритов зонда.

На фиг. 1 схематично представлен проточный калориметрический зонд; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - сечение Г-Г на фиг. 1 .

Проточный калориметрический зонд содержит корпус, выполненный в виде стакана 1 с фланцем 2 и крышкой 3. В дне Ь стакана 1 выполнено осевое дренажное отверстие 5 и тангенциально расположенные соединительные каналы 6. В крышке 3 выполнено осевое отверстие для размещения расходомер- ного сопла 8 и размещенные по диаметру симметрично относительно осевого отверстия 7 два отверстия 9 и 10 для подсоединения подводящих магистралей 11 и 12с тангенциально расположенными каналами 13. В стенке канала по всей длине выполнены равноотстоящие чередующиеся первая группа каналов k и .вторая группа 15,.а также радиальные заборные выемки 16, размещенные перед фланцем 2. Каналы 1k первой группы соединены последовательно тангенциальными каналами 6 и 13 и подсоединены к подводящим магисралям 11 и 12. Каналы 15 второй труп пы одним концом подходят к заборным выемкам, а другим открыты во внутреннюю полость стакана 1. В расходомер- ном сопле 8 размещена первая пнев- момагистраль 17, подсоединенная к датчику расхода (не показано). Внутри первой пневмомагистрали 17 кон- центрично размещена вторая пнеомо- магистраль 18, одним концом сообщенная с дренажным отверстием 5, а другим подсоединенная к датчику измерения давления торможения. Кроме того, в пневмомагисграли 17 размещена третья термопара 19, с помощью которой производится измерение температуры пробы газа на входе в рэсходо- мерное сопло 8 второго расходомера. Первая термопара 20 и вторая гермопэрэ 21 системы калориметрирования размещены в подводящих магистралях 11 и 12, которые подключены к источнику калоримет риче ской жицкосги и первому расходомер (расходомеры нз чертежах не показаны) . Проточный калориметрический зонд работает следующим образом.

После выхода аэродинамической установки на соответствующий режим калориметрический зонд вводится на ось рабочего потока. В критической

5

0

5

Q

5

0

5

0

5

точке зонда устанавливается давление, которое в сверхзвуковом потоке соответствует давлению за прямым скачком уплотнения. У боковой поверхности зонда формируется пограничный Слой, толщина которого зависит от числа Рейнольдса набегающего потока. В условиях электродуговых аэродинамических установок пограничный слой практически всегда ламинарный. Образующий пограничный слой газа, обтекая поверхность зонда, отдает ему часть тепла и охлаждается, что учитывается калориметрической системой зонда. Далее газ пограничного слоя подходит к заборным выемкам и всасывается внутрь зонда. Всасывание газа происходит за счет перепада давлений у заборных выемок (равно давлению торможения за прямым скачком уплотнения) и на выходе расходо- мерного сопла (близко к статическому давлению в рабочем потоке). Через каналы 15 газ попадает во внутреннюю полость .зонда, окончательно охлаждаясь и отдавая свое тепло системе калориметрирования. Чля обеспечения измерения энтальпии торможения расход газа через заборные выемки должен быть как минимум равен расходу газа через пограничный слой, 1ля гарантии этот расход необходимо взять несколько большим, что легко может быть обеспечено путем выбора проходных сечений заборных выемок 16 и каналов 15, которые должны превышать площадь поперечного сечения пограничного слоя, которую можно расчитать, в свою очередь, по толщине пограничного слоя для заведомо наиболее неблагоприятного случая (минимально ожидаемые значения чисел Рейнольдса). Таким образом, весь газ, обтекающий зонд, будет введен в систему калориметрирования и измерения расхода, т.е. поступающее тепло полностью учитывается.

Одновременно с измерением энтальпии торможения измеряется и давление торможения за прямым скачком уплотнения, образующегося у дренажного отверстия 5, что дает дополнительную информацию о потоке.

Таким образом, использование предлагаемого проточного калориметрического зонда позволит повысить точность измерения энтальпии торможения за счет полного учета теплосодержания

ывания калориметрируемого газа позво- магистралью, и соединительные каналы,

ляет исключить защитные экраны, что приводит к уменьшению габаритов и повышению пространственного разрешения зонда, приводящее в конечном итоге к повышению точности.

расположенные тангенциально, а в крышке стакана выполнены осевое отверстие для расходомерного сопла, два симметричных относительно него отЮ верстия для подсоединения подводящих магистралей и тангенциально расположенные соединительные каналы, в стенке канала по его длине выполнены продольные каналы, чередующиеся между

Формула

зобретения

Проточный калориметрический зонд, содержащий корпус с заборным отверстием, подводящие магистрали, первый расходомер, первую и вторую термопары и второй расходомер, включающий в себя расходомерное сопло, первую дренажную пневмомагистраль и третью термопару, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения при одновременном уменьшении габаритов зонда, в него введена вторая дренажная пнеомомагистраль, кон- центрично размещенная в первой дренажной пневмомагистрали, при этом корпус выполнен в виде стакана с

Hhрасположенные тангенциально, а в крышке стакана выполнены осевое отверстие для расходомерного сопла, два симметричных относительно него отверстия для подсоединения подводящих магистралей и тангенциально расположенные соединительные каналы, в стенке канала по его длине выполнены продольные каналы, чередующиеся между

собой с образованием двух групп, и

радиальные заборные выемки перед фланцем, причем каналы первой группы связаны между собой соединительными каналами и подсоединены к подводящим

магистралям, каналы второй группы одними концами сообщены с заборными выемками, а другими - с внутренней полостью корпуса, первая и вторая термопары размещены в подводящих магистралях, а третья термопара - в первой дренажной пневмомагистрали, установленной своим концом в расходо- мерном сопле.

12

Фиг.1

А А 1S

Фиг. I

14

Фм.З

Изобретение относится к теплометрии и может быть использовано для измерения энтальпии (температуры) торможения высокотемпературных газовых потоков, например рабочих потоков аэродинамических установок с электродуговыми нагревателями газа. Цель - повышение точности измерения при одновременном уменьшении габаритов зонда. Проточный калориметрический зонд содержит корпус, выполненный в виде стакана с фланцем и крышкой, систему калометрирования и измерения расхода пробы газа. В носовой части корпуса имеется отверстие, соединенное дренажной пневмомагистралью с датчиком для измерения полного давления. В хвостовой части корпуса выполнены заборные отверстия, соединенные каналами, выполненными в стенке корпуса, с внутренней полостью корпуса зонда. В стенке корпуса имеется группа каналов, соединенных последовательно и подключенных к магистралям системы калориметрирования. В хвостовой части корпуса размещено расходомерное сопло, в отверстии которого расположены концентрично пневмомагистраль для измерения давления перед расходомерным соплом, пневмомагистраль к датчику измерения полного давления и термопара для измерения температуры газа перед расходомерным соплом. Термопары для измерения калориметрической жидкости размещены в магистралях системы калориметрирования. В требуемый момент зонд вводится в контролируемый поток. У поверхности корпуса зонда образуется пограничный слой. Газ, образующий пограничный слой, засасывается через заборные отверстия внутрь корпуса и одновременно калориметрируется. В учтенное тепло входит также транзистора часть

8-8

Фиг. Ч

Г-г

Фиг.5