ДАТЧИК ТЕПЛОВОГО ПОТОКА Советский патент 1973 года по МПК G01K17/08 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано, например, в экспериментальной газодинамике при исследованиях теплопередачи от высокотемпературного потока газа, например, плазмы.

Известны охлаждаемые датчики теплового потока, которые для повышения быстродействия и обеспечения возможности проведения измерений при кратковременных процессах снабжены расположенными концентрично с тепловоопринимающими элементами компенсаторами, устраняющими перетекание тепла между тепловоспринимаюпдим элементом и окружающей его стенкой.

Однако для таких датчиков характерно влияние ступенчатого распределения температуры обтекаемой поверхности на границе между тепловоспринимающим элементом и окружающей его стенкой на величину теплового потока.

Это влияние, проявляющееся на некотором расстоянии от границы, разделяющей участки с различной температурой, обусловлено процессом установления профиля температуры в -пограничном слое. Расчет показывает, что область установления профиля может иметь значительную протяженность, а потому площадь поверхности охранных элементов должна выбираться достаточных размеров. В

известных датчиках при концентрическом расположении тепловоспринимающего элемента учет указанного влияния может повлечь неоправданное увеличение размеров датчика.

Известно, что для использования результатов измерения тепловых потоков при решении практических задач требуется наряду с тепловыми измерениями проводить измерения других параметров потока, в частности, давленпя на поверхности модели. При применении известных датчиков давление обычно измеряют на специальной дренажной модели в дополнительных экспериментах, что удорожает испытания и снижает их точность.

Пель изобретения - повышение точности измерений, уменьшение размеров конструкции и сокращение времени проведения экспериментов.

Для достил ения этой цели используют датчик теплового потока, содержащий тепловоспринимающий элемент, выполненный в виде стержня, окруженного компенсатором, термопары и систему охлаждения, в котором, согласно изобретению, тепловоспринимающий элемент и установленный эксцентрично с ним компенсатор снабжены с охлаждаемой стороны ребрами, в виде равномерно расноложенных выступов ромбовидного сечения. В компенсаторе выполнены дренажные отверстия.

На чертеже показано предложепнос устройство.

Датчик теплового потока содержит тепловоспринимающ:ий элемент /, вьгполненный в виде цилиндра, комиенсатор 2, связанный корпусом 3 с коллектором 4, упирающимся грибовидным выступом 5 в ребра 6 ромбовидного сечения, выфрезерованные в торцах теплочувствительного элемента и компенсатора. К коллектору 4 цодходят питающие магистрали 7 и 8, ио которым подводится охладител1з - вода. Между выступом 5 и кориусом .3 имеются две узкие щели, через которые вода подводится к ребрам и отводится от них.

На входе и выходе охлаждающего тракта в коллекторе 4 находятся две полости В п Г. В компенсаторе 2 и коллекторе 4 выполнены два отверстия 9 и 10. Через отверстие 9 осуществляется вывод электродов термоцар //, 12, заделаниых по длине теиловосприппмающего элемента /. Отверстие 10 является дренажным и служит для измереиия давления на поверхности датчнка с помощью какого-либо измерителя давления, подключаемого к трубке 13. Снаружи датчик защищен кожухом 14, имеющем проушины 15 для закрепления датчика на поверхности модели. Зазоры между тепловосприиимающил элементом, компенсатором и кожухом заполнены теилостойкой массой 16.

Датчик работает следующи.м образом.

Перед проведением испытаний датчик устанавливают на поверхности модели таким образом, чтобы навстречу потоку была обращена утолщенная часть компенсатора. Термопары подключают к какому-либо регистратору, например, шлейфовому осцпллографу. К трубке 13 подсоединяют измеритель давления.

При обдуве модели высокотемпературным потоком газа в тепловоспринимаюищй элемент поступает тепло. При этом прежде чем придти в контакт с поверхностью элемента 1 газ проходит по поверхности компенсатора 2 и ириходит в температурное соответствие. Температура обдуваемого торца тепловоспринимающего элемента п компенсатора в процессе эксперимента остается одинаковой, что обеспечивается охлаждением их оребренпых торцов.

Выполнение ребер 6 в виде ромбовидных равномерно расположенных выступов, имеющих длину 0,1-0,2 от длины теилочувствительного элемента и компенсатора, позволяет добиться того, что нагрев охладителя при соответствующем расходе не превышает 10- 15°С. Если учесть, что рабочие торцы нагреваются до 600-800°С, то с больщой точностью можно считать температуру нерабочих тордов одинаковой. Поэтому ири одинаковой величине поступающих в тепловоспрннимающий элемент и комленсатор тепловых потоков

температура их рабочих торцов одинакова.

Величину измеряемого теплового потока рассчитывают по разности температур в двух сечениях тепловоспринимающего элемента с помощью уравнения Фурье.

Измеряемое в процессе эксперимента давление на иоверхности модели позволяет связать условия моделирования с натуральными условиями.

Расположение тепловоспринимающего элемента эксцентрично компенсатору нозволяет при иебольщих размерах датчика существенно расширить область термокомпенсации, где газ в пограничном слое приходит в температурное соответствие с поверхностью датчика.

Предмет изобретения

1. Датчик тенлового потока, содержащий тепловоспринимающий элемент, выполненный в виде стержня, окруженного компенсатором,

термопары и систему охлаждения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в нем тепловоспринимающий элемент И установленный эксцентрично с ним комиенсатор снабжены с охлаждаемой стороны ребрами, выполненными в виде равномерио расцоложенных выступов ромбовидного сечения.

2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что, с целью Сокращения времени проведения экспериментов, в компенсаторе выполнены дренажные отверстия.

16 IS i

9 S-t- .1

10

A -fi