Способ определения теплофизических характеристик теплозащитного покрытия на материале Советский патент 1993 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к определению коэффициентов теплопроводности теплозащитных покрытый на стенках тракта высокотемпературного потока и может быть использовано для определения осреднен- ных коэффициентов теплопроводности многослойных теплозащитных покрытий на лопатках турбин газотурбинных двигателей, на стенках жаровых труб камер сгорания и в реактивных соплах.

Цель изобретения - учет влияния физико-химических превращений и условий работы на коэффициент теплопроводности Атзп на стенке тракта высокотемпературного потока.

Поставленная цель достигается тем, что в способе Атзп рассчитывается по замерам в натурных условиях работы действительного коэффициента теплоотдачи а на стенке тракта без теплозащитного покрытия и эффективного коэффициента теплоотдачи «Эф на стенке тракта с теплозащитным покрытием толщиной дтзп по формуле

Атзп -

(Зтз

(1)

1 /«Эф - 1 /а где а- коэффициент теплоотдачи, замеренный на стенке из натурного материала без теплозащитного покрытия, учитывающий тепловое сопротивление только пограничного слоя;

«эф - коэффициент теплоотдачи, замеренный на той же стенке с теплозащитным покрытием толщиной 5ТЗп, учитывающий как тепловое сопротивление пограничного слоя. так и тепловое сопротивление теплозащитного покрытия.

На чертеже изображена металлическая стенка 1 с нанесенным на нее теплозащитным покрытием 2. Со стороны теплозащитного покрытия горячий поток имеет температуру tr. теплозащитное покрытие на наружной поверхности (на контакте с горячим потоком) имеет температуру т.тзп.нар, а на внутренней поверхности (на контакте с металлом) - Хтзп.вн, которая равна температуре металла на его поверхности, так как

СП

с

00

g

Os

со

обеспечивается технологически качественный контакт во избежание отслаивания в работе.

Тепловой поток на единицу поверхности с теплозащитным покрытием через а выразится как

q а(т.г-1тзп.нар),(2) а через дтзп и АТзп - в виде

q ТС- (trad.нар - 1тзп.вн)(3) fran

или через эффективный коэффициенттепло- отдачи аэф в виде

q «эф (tr - Хтзп.вн),(4)

где «эф отнесен к разности температур газа и поверхности металла (температура метал- ла равна температуре Хтзп.вн с учетом струк- туры и возможной пористости непосредственно внутренней поверхности). Выразим в явном виде разности температуру из формул (2) и (3):

tr - Хтзп.нар ЈЈ.(5)

Отзпic Ттзп.нар Ттзп.вн - q (у)

Сложение левых и правых частей выра- жений (5) и (6) дает

q(1/a + дтзп/Атзп) tr-tT3n.BH. (7)

откуда

q 1/а+дтзп/Атзп (tr Ттзп-8н) (8) Из сопоставления выражений (8) и (4) получают

1/а + дгзп/Атзп . (9) откуда усматривается, что при дтзп 0 коэф- фициент йэф - о..

Из формулы (9) вытекает, что

С-Јэф . Отзп эф .(1П

О.АТЗП

Следовательно, формула (1) получается из выражения (10):

1 эф Отзп Отзп

«эф НГГТ

1 аОэф «

При применении предлагаемого спосо- ба коэффициенты а и аэф могут замерять

0

5 0

5

0

5

0

5

ся одновременно двумя близко расположенными датчиками теплового потока (аль- фамерами). Если же два датчика расположить рядом невозможно, то поочередно один и тот же датчик применяется без покрытия - для определения а, а затем с теплозащитным натурным покрытием - для определения «эф на том же режиме работы. Таким образом, измерения коэффициентов теплоотдачи а и «Эф в натурных условиях работы на стенке без покрытия и с покрытием, получаемым по данной технологии и с заданной толщиной на конкретном материале, позволяют рассчитать коэффициент теплопроводности теплозащитного покрытия с учетом влияния на АТЗп физико- химических превращений в процессе получения покрытия, т.е. получить новое свойство, не известное ранее. В известных способах определения коэффициентов теплопроводности теплозащитных покрытий не учитываются условия работы, технология получения, физико-химические превращения при нанесении на конкретный материал.

Формула изобретения Способ определения теплофизических характеристик теплозащитного покрытия на материале, заключающийся в нагреве материала с покрытием и без покрытия, отличающийся тем, что, с целью учета влияния физико-химических превращений и условий работы на коэффициент теплопроводности теплозащитного покрытия на стенке тракта высокотемпературного потока, измеряют действительный коэффициент теплоотдачи а. на стенке тракта без теплозащитного покрытия и эффективный коэффициент теплоотдачи аэфф на стенке тракта с теплозащитным покрытием толщиной дтзп в натурных условиях его работы и опреде- ляюттеплопроводность теплозащитного покрытия на стенке тракта Атзп по формуле

дтзп

Атзп 1 /«эфф - 1 /а

Изобретение относится к теплофизиче- ским исследованиям и позволяет учесть влияние физико-химических превращений и условий работы на коэффициент теплопроводности в получаемом по данной технологии теплозащитном покрытии заданной толщины на конкретном материале. Коэффициент теплопроводности теплозащитного покрытия Атзп рассчитывается по замеренным в натурных условиях работы действительному коэффициенту теплоотдачи а на стенке тракта без теплозащитного покрытия и эффективному коэффициенту теплоотдачи аэф на стенке тракта с теплозащитным покрытием толщиной бгзп по формуле Ятзп 5тзп/1/Оэф - 1/«. 1 ИЛ.