СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗОВОГО Советский патент 1973 года по МПК G01K7/02 G01N25/18 

Изобретение относится х о.бла-сти теплофизич-еских измерений и может быть использовано, например, для определения стационарной статической температуры и газового потока в различных промышленных и исследовательских установках. Известные в настоящее время способы измерения температур газовых потоков можно подразделить на контактные и бесконтактные. Конта.ктпые слособы предполагают введение в исследуемый поток различного рода датчиков температуры, это вносит возмущения в исследуемый поток и возникает проблема надежности и долговечности самих датчиков температуры. Кроме того, контактные датчики температуры имеют сложную конструкцию и в основном служат для измерения температуры торможения потока , а яе статической температуры. Бесконтактные способы иозволяют в основном проводить измерения статической температуры в свободных струях, при этом необходима сложная оптическая аппаратура. Цель изобретения - создание способа определения статической температуры газового потока, не требующего введения в поток каких-либо датчиков, но в то же время достаточно легко осуществимого и надежного в широком диапазоне температур потока Для этого применяют способ определения температуры газового потока с помощью теплоизолированного цилиндрического стержня с известными теплофизическими свойствами, по- оси которого на фиксированных расстояниях расположено два термочувствительных элемента. По этому способу измеряют два момента времени, соответствующие одинаковым показаниям термочувствительных элементов и вычисляют температуру по известному соотнощению распространения тепла в полуограниченном телеПредлагаемый способ основан на использовании закономерностей распространения тепла в полуогранпченном теле. Известно, что при граничных условиях третьего рода температурное поле в полуограниченном теле описывается зависимостью е 7-(....)-Го X , а ., А- I а, с - exp{ - x+ - a -erfc 7 1 2 Кат X У где 6 - безразмерная температура1 в произвольной точке стержня; T(xii) -текущая температура; Го- начальная температура тела; Tf - температура потенциального потока;

X - координата, отсчитываемая от ограничивающей полупространство поверхности;

а - коэффициент температуролровод«ости матеряаша;

Я - коэффициент теплопроводности;

т -время;

а - коэффициент теплоотдачи:

г

rfcz l-erfz-lf Г

еП

K-J

Моделью полуограниченного тела может служить полубесконечный стержень с идеально теплоизолированной боковой иоверхностью, омываемый с торца потоком жидкое-ти. Однако, если взять в качестве модели стержень конечной длины с теплоизолированнымИ боковой поверхностью и неомываемым торцом, то закономерности распространения тепла в (полупространстве будут сохраняться в нем до тех пор, пока температурные возмущения не достигнут теплоизолированного торца стержня.

На фиг. 1 приведена потенциальна1Я схема определения статической температуры потока; на фиг. 2 представ,лбна зависимость между числами Bi и для различных значений относительно температуры для полуограниченного тела; на фиг. 3 показано перемещение фронта температуры T(xi, ti)T(x2, TS) В экспериментальном стержне в координатах х

и Кат.

Экспериментальная. реализация измерения статической температуры потока Г/ предлагаемым способом достигается по следующей схеме.

В стенке канала / (ф«г. 1) заподлицо с его внутренней поверхностью устанавливают теплоизолированный .стержень 2, в котором Hai расстояниях Xi и Xz от торца стержня, обращенного к потоку, заделывают две рабочие термопары 3 и 4. По показаниям этих термопар определяют характер изменения температуры в указанных точках стержня во времени. Третью термопару 5 располагают на теплоизолированном торце стержня и она служит для контроля момента нарушения условий распространения тепла в полупространстве. Характеристики а и Я. материала стержня, расстояния Xi и Х2, а также начальную температуру стержня TO полагают извесиными.

Если известен коэффициент теплоотдачи в сечении канала, ъ котором установлен теплоизолированный стержень, то достаточно зафиксировать время TI и тз достижения в любой из точек х или х какой-нибудь температуры 7(XbTi) или Т(х2,т:2 и тогда статическую температуру потока Г/ определяют из соотношения (1). Однако коэффициент чаще всего неизвестен- В этом случае при проведении измерений фиксируют время TI и тд достижения в каждой из этих точек какой-нибудь одинаковой температуры T(x,,-i,)

Т(Х2, Т2),

т. е. безразмерной 0 idem. На основании выражения (1) справедливо следующее соотношение;

x. + a-.jerfcX

ехр

erfc

2/ат, -«I

Xt + ) erfc X

2Кат, X / , - ехр (-у- л:, + ат, ег/с X

x(Vk- + f.

(2)

Далее, удовлетворяя, например.

методом

подбора соотношению (2), определяют коэффициент теплоотдачи а, после чего для нахождения температуры потока Г/ достаточно подставить полученное значение а в уравнение (1).

Упрощение вычислений а и 7/ на основании описанных выше измерений возможно при использовании таблиц зависимости Bi - f() для каждого Q - idem как параBi, хлокальный критеметра, где

л

flt

U

локальное число Фурье.

РИИ БИО, а ГОз: - л

Такие таблицы составлены для каждого из e 0, 0,02, 0,03; ... . 0,8 в диапазоне чисел BixV FOx-G,Q2-10. Соответствующие значения получены из уравнения (1) На фиг. 2 эти таблицы интерпретированы графически.

Для того, чтобы воспользоваться фит. 2, необходимо построить-в координатах х, ат: перемещение в экспериментальном стержне фронта температуры T(XI, T:i)T(X2, rz), т. е. Q idem (фиг. 3)

Умножением координат х, УЙТ (фиг- 3) на

а

величину мы переходим к графику

(), приведенному на фиг. 2. Если совмещать фиг. 2 и фиг. 3, то при правильно подобранной величине - через

Л

экспериментальные точки 1 и 2 пройдет изотерма 6, которая и будет искомой. Для более точного определения величин а, Т необходимо воспользоваться упомянутыми таблица АШ () при .

При больших значениях а, когда Bix ,8 зависимость (1) без ущербадля точности может быть заменена предлагаеMbiiM простым соотношением.

А

Q erfc

(3)

2/ат; Предмет изобретения

Способ определения температуры газового потока с помощью теплоизолированного цилиндрического стержня с известными теплофизическими свойства1ми, по оси которого на фиксированных расстояниях расположено два1 термочувствительных элемента, отличающийся тем, что, с целью ловышения надежности, измеряют два момента времени, соответствующи-е одинаковым показаниям термочувствительных элементов и вычисляют температуру «о известному соотношению распространения тепла в полуограниченном теле.

, f

0,5

f,S ffil

А

4

/i

//

-X

г,

f,

faT

иг.з