Стенд для исследования процесса конвективной теплоотдачи Советский патент 1992 года по МПК G01K17/20 

Изобретение относится к теплофизиче- ским измерениям, а именно к аналоговому моделированию, и может быть использовано при экспериментальном исследовании процесса конвективной теплоотдачи в рабочих полостях поршневых машин, например двигателей Стирлинга и криогенных газовых машин.

Известен стенд для определения коэффициента конвективной теплоотдачи, содержащий камеру с установленными внутри нее датчиками температуры и давления газа, и рабочими элементами, поверхность каждого из которого покрыта слоем сублимирующегося вещества с размещенным в нем датчиком температуры, и устройство для перемещения газа в камере.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является стенд для исследования процесса конвективной теплоотдачи в полостях переменного объема поршневых машин, содержащий цилиндрическую камеру, внутри которой размещены поршень со штоком, образующий полость переменного объема, установленные в ней датчики средней температуры и давления газа, и механизм привода, кинематически связанный со штоком.

Недостатком известного устройства является низкая точность.

Цель устройства - повышение точности определения коэффициента конвективной теплоотдачи.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены дополнительные датчики темературы, подложка в виде в втулки длиной не менее максимального продольного размера полости переменного объема, установленная в цилиндрической камере над поршнем, и накладка, закрепленная на его торце со стороны полости переменного объема, по крайней мере часть поверхности которых выполнена из сублимирующегося

(Л

С

2

Ч VI

ю

х|

ещества, в котором размещены дополниельные датчики температуры, сильфом, зарепленный с одного из своих торцов на поршне, а с другого - на внутренней поверности цилиндрической камеры, и датчик мгновенной температуры газа, установленный в полости переменного объема,

Кроме того, в устройство введена емкость переменного объема с трубкой, сообщающейся с полостью переменного объема.

На фиг, 1 показана схема предлагаемого стенда; на фиг. 2 - поршень с накладкой; на фиг. 3 - втулка с накладкой; на фиг. 4 - структурная схема контрольно-измерительного устройства.

Стенд содержит основание 1, на котором установлен корпус 2 с крышкой 3. В корпусе 2 установлен вал 4 с кулачком 5. Вал 4 кинематически связан с электродвигателем 6. На крышке 3 корпуса 2 установлена опора 7, на которой закреплены направляющая 8 и цилиндр 9, на котором с помощью фиксирующего элемента 10 установлена крышка 11с торцом 12. В нем закреплена трубка 13.

Внутри цилиндра 9 и крышки 11 с зазором установлен поршень 14 с накладкой 15. Поршень 14 снабжен также направляющей юбкой 16, между которыми установлено теплоизолирующее кольцо 17,

К поршню 14 прикреплен шток 18, установленный в осевом отверстии опоры 7 с возможностью возвратно-поступательного перемещения. На противоположном конце штока 18 закреплен толкатель 19, подпружиненный для обеспечения его постоянного контакта с кулачком 5 упругим элементом 20.

Стенд снабжен сильфоном 21, герметично присоединенным к юбке 16 поршня 14 и к цилиндру 9.

Поверхность накладки 15, обращенная в полость 22 переменного объема, выполнена из сублимирующегося вещества 23, например из нафталина.

К полости 22 переменного объема через трубку 13 подключена емкость 24, выполненная с возможностью изменения ее объема и снабженная устройством для этого изменения.

Контрольно-измерительное устройство содержит систему для регулирования и изменения частоты вращения вала 4, снабженную источником 25 питания обмотки возбуждения электродвигателя- 6 постоянного тока, регулируемым источником 26 питания якорной обмотки электродвигателя 6, фотоэлектрическим датчиком 27 частоты вращения, подключенным к цифровому автоматическому тахометру 28, систему для измерения температуры, состоящую из устройства 29 для измерения температуры, закрепленного в крышке 11 и снабженного

двумя термоэлектрическими датчиками температуры, один из которых подключен к многоканальному автоматическому потенциометру 30, а другой через измерительный преобразователь 31 - к устройству 32 инди0 кации, и термометром сопротивления, подключенным через измерительный мост 33 постоянного тока, и термоэлектрического датчика 34, установленного в сублимирующемся веществе 23 и связанного с многока5 нальным автоматическим потенциометром 30, а также систему для измерения давления, снабженную индуктивным датчиком 35 давления, закрепленным в торце 12 крышки 11 и связанным с усилителем 36 постоянно0 го тока через индуктивный преобразователь 37,

Усилители 36 и 38 выполнены с выходами на электронно-лучевой осциллограф 39 и шлейфовый осциллограф 40.

5 В крышке 11 может быть установлена втулка 41, по меньшей мере часть поверхности которой покрыта слоем 42 сублимирующегося вещества.

Стенд работает следующим образом.

0 Изготавливают накладку 15 с торцовой поверхностью из сублимирующегося вещества 23, закрывают ее предохранительной крышкой (не показана), которую закрепляют на боковой поверхности накладки 15. По5 следнюю устанавливают на поршне 14, затем устанавливают крышку 11 и закрепляют ее установочным элементом 10. Включением источника 26 питания электродвигателя 6 обеспечивается выход на исследуемый

0 скоростной режим, который контролируется с помощью контрольно-измерительного устройства. В течение 5-10 мин этот режим выдерживают постоянным. Затем электродвигатель 6 отключают, снимают крышку 11

5 и предохранительную крышку, вновь устанавливают крышку 11 и закрепляют ее с помощью элемента 10. Включением электродвигателя б обеспечивается выход на исследуемыйрежим,который

0 поддерживается в течение фиксированного времени эксперимента. При наличии втулки 41 эти операции выполняют с нею.

Массовую скорость сублимации находят по величине массы сублими ровавшего5 ся во время эксперимента вещества, определяемой либо двукратным взвешиванием, либо по изменению профиля поверхности этого вещества вследствие его сублимации определяемом например, с помощью профилометра.

Частота вращения вала 4 устанавливается регулированием частоты вращения ва- ла электродвигателя б с помощью регулируемого источника 26 питания по показаниям цифрового автоматического тахометра 28, на который поступает информация от датчика 27.

Среднеинтегральная температура сублимирующегося вещества 23 и в полости 22 переменного объема измеряется соответственно термоэлектрическим датчиком 34 и двумя термоэлектрическими датчиками устройства 29 измерения температуры с регистрацией многоканальным автоматическим потенциометром 30, и наблюдается на устройстве 32 индикации в течение всего времени эксперимента,

Мгновенные значения температуры в полости 22 переменного объема измеряют термометром сопротивления устройства 29, включенного в цепь измерительного моста 33 постоянного тока, сигнал с которого усиливается усилителем 38 постоянного тока,

Давление в полости 22 переменного объема измеряется индуктивным датчиком 35 и через индуктивный преобразователь 37 усиливается усилителем 36 постоянного тока.

Выходы первого 28 и второго 36 усилителей подключены для индикации на электронно-лучевой осциллограф 39 и для регистрации - на шлейфовый осциллограф 40 в течение всего времени эксперимента.

После окончания эксперимента определяют погрешность, обусловленную временем выхода на режим, временем останова и временем технологических операций, для чего повторяют все перечисленные действия и определяют массу сублимировавшегося в течение этого времени вещества.

По измеренным характеристикам вычисляют параметры процесса вынужденной конвективной теплоотдачи.

Таким образом, за счет применения аналогового моделирования для исследования процесса конвективной теплоотдачи в полостях переменного объема поршневых машин повышается точность измерения и упрощается констуркция стенда. Формула изобретения

1.Стенд для исследования процесса конвективной теплоотдачи, содержащий цилиндрическую камеру, внутри которой размещены поршень со штоксм, образующий

полость переменного объема, установленные в ней датчики средней температуры и давления газа и механизм привода, кинематически связанный со штоком, отличающийся тем, что, с целью повышения

точности, в него введены дополнительные датчики температуры, подложка в виде втулки длиной не менее максимального продольного размера полости переменного объема, установленная в цилиндрической

камере над поршнем, и накладка, закрепленная на его торце со стороны полости переменного объема, по крайней мере часть поверхности которых выполнена из сублимирующегося вещества, в котором рззмещены дополнительные датчики температуры, сильфон, закрепленный с одного из своих торцов на поршне, а с другого - на внутренней поверхности цилиндрической камеры, и датчик мгновенной температуры газа, установленный в полости переменного объема.

2.Стенд по п. 1,отличающийся тем. что в него введена емкость изменяемого объема с трубкой, сообщающейся с полостью переменного объема.

22

Изобретение относится к теплофизиче- ским измерениям и позволяет повысить точность определения коэффициента конвективной теплоотдачи в полостях переменного объема поршневых машин. В цилиндрической камере размещены поршень со штоком, образующий полость переменного объема, подложка в виде втулки и накладка, закрепленная на торце поршня. Поверхности втулки и накладки, обращенные к полости переменного объема, выполнены из сублимирующегося вещества, в котором размещены датчики температуры. Определение коэффициента теплоотдачи осуществляется методом аналогового моделирования. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

Фиг. 2

SSSl

5Л 55

Ь

Фиг.З

.МЛД5- 9

4t 42 ta

33 38

59