Устройство для измерения распределения локальных тепловых потоков Советский патент 1979 года по МПК G01K17/06 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ Недостатками этого устройства явля ются искажения показаний индивидуальных преобразователей сохранякхцегося в действибтльности отпичия в теплойроводностях смолы и материала датчиков,состоящих из трех р1азнороднь1х слоев, и невысокая покайьность для измерения раслределений локальных тепловых потоков при моделировании и исследованиях явлений теплоойу1ена в уменьшенном масштабе. Цель изобретения состоит в повышении тЬчйЬсти и улучшений )пр6странственного разрешевий при измерении в пределах малой площади распределений локальных тепловМх псугоков, сильно неоднородных по 7 ллотйостй.-- - - - .,.........:.... .. Указанная Ыль достигается тем, что в тфёдпагаемом устройстве измерительные слои первичных преобразователей Тёплового потбка выполнены в виде о0щего для всех дифференшальных термопар слоя, нананесенного на изотермическое основание, причем наружные спаи дифференциальных Тгермьпжр 6 ввода Фермоэлектродов в слой пропущенных сквозь него по вормалВ) а участки термоэлектродов от наружнь1Х спаев до мест ввода в слой закреплены на наружной поверхности слоя. При этом толщина измерительного слоя связана с характерным линейным pai3 мером неоднородности теплового потока. соотношением ti - толщина измерительного слоя, U характерный линейаый размер неодаородШШ теШовО пШбк причём наружные спйи дифференциальных термопар удалены от мест ввода термоэлектродов в слой на расстояния -f ili при относйтель.ной толщине термоэлектродов , Ь ;. :, . . где d диаметр термоэлектродов На фиг. 1 показан общий вид описываемогр устройства; на фиг. 2 - ехала уста нсеки дифференциальной микротермопары. Устройство содержит, модель 1 (или холодильник) с плоской или слабо исжривленноЙ пЬбёрхнсюТ1ло, ШпоШе иаicepiaWa с ы 1сокой тёпйопроводвостью, на пример из меди, штуцеры 2, 3 для ввода и вывода термостатирующегр агента 4, ;Электроизопяционный слой 5, измерительный слой 6 из однородного изотропного материала с низкой теплопроводностью, например из органического стекла, дифференциальные микротермопары 7, первичные преобразователи температуры нижней оверхности слоя 6 - абсолютные микро- ермопары .8. Измерительный слой 6, размещенный а всей внешней термостатируемой поверхости модели 1 или большей ее части, вы- . олнен для всех дифференциальных микроермопаров 7. Спаи 9, 10 дифференциальых микротермопар 7 расположены соответ. твенно на внутренней и наружной поверхостях слоя 6, причем, термоэлектроды ифференциальных микротермопар 7 имеют толщину; ( и прони..;,. . п- .. , зывают слой 6 по нормали, а наружные спаи 1О микротермопар удалены от мест ввода термоэлектродов в слой 6 на расстоянии 6 -Н -г При этом участки тёрйоэлбктрбдов от наружных спаев 10 До мест 1Ейэйда в слой 6 закреплён на наружной поверхности этого слоя, а провода 11 всех микротермопарпо нижней поверхзэюсти слоя 6 выведены на соединительную колодку 12, которая электрически свйзана с входом многоканального коммутатора, например,переключателя типа ПМТ-20, выход последнего соединен с Термопарным Потенциометром, например, Р37-1 или Р-348. Устройство работает следующим образом. Модель 1 устанавливают в рабочей камере вакуумной трубы в потоке подогретогю разреженного .таза. Через штуцеры 2, 3 по соответствующим трубопроводам через полость корпуса модели прокачивается термостатирующий агент 4. Стационарный или квазйстационарный конвективный тепловой поток, действуя на наружну Ю поверхность единого измерительного слоя 6, нижняя поверхность которого термостатиров&на при некоторой температуре Т, измеряемой и контролируемой мик- ротермопарами 8, формирует определенное тепловое поле в нем. Это поле при малой кривизне поверхности модели 1 и тонком измерительном слое б описывается уравнением Лапласа в виде Э , эЧ эх э-а -эх где Х,Х - ортогональные координаты, причем X и :/ взяты вдоль внутренней поверхности слоя; Т - температура в точке слоя (, Z ). В ойцёМйлучйе распределение теплового потока, падающего на наружную поверх57052816

нося-ь измерительного слоя 6, долншб на-устройством и устранить искажения тепходиться из решения уравнений (1) с со-лового поля индивидуальными преобраэовяотаетствующими граничными условиями.телями теплового потока, а также сущес.тОднако, вобрав толщину измерителшоговенно повысить пространственное разреслоя 6 в соответствии с приведенными 5шение при значительном упрощении ус гвыше условиями,ройства.

561--(o -THd (2) устройстве за счет вьйора толщи )1Ь1 измерительного слоя в соответствии

как это осуществлено в данном устройст-с соотношением (о-7 и рациве, из (1) можно получить приближенное Оонального размещения, выбора материала

равенствоТ -Т, диаметра микротермопар в соотеетствии

а :Д 1-,(3)с соотношением e ii-г 3-Ь гфи связь|вающее местные значения Vx« плсгг- l-io -rl-IQ сведено к минимуму нежела-VIJ

ности действующего теплового потока ительное растекание тепла в измерительном

локальной разности температур между по- слое, а такжё ибкйЖ(ениё показания термо- верхностями измерительного слоя 6 { А - пар из-за оттока тепла по теплоэлектрокоэффициент теплопроводности материаладам. Точность измерения сильно неоднослоя). Погрешность G, с которой выпол- родных расЕределений тепловых потоков няется равенство (3), обусловлена расте-. данным устройством существенно повышаканием тепла в измерительном слое и рав- ется как за счет улучшения пространст на приб тиженновенного разрешения, так и за счет устра 1 2.2нения искажений, вызванных применением

4 ajca ТГ индивидуальных преобразователей,тепло ат ) вого потока.

. Следовательно,В силу условия (2),

с,. )Данное устройство дает возможность

Измерение распределения локальнойпроводить измерение распределений локальразностн температур Т - Т, а тем самым, ных тепловых потоков с пространственным и распределения величины с, (см. (3) ° разрешением не уже при суммари (4) осуществляется при помощи множест. ной погрешности измерений не более 2%. ва дифференциальнЫк микротермопар 7, которые через коммутатор поочередно подключаются к термопарному потендиометру. Формула изобретения

Локальность этих измерений определяется только размерами наружных cnaieB1. Устройство для измерения распредиффе.ренпиальных микротермопар 7, ус- деления локальных тепловых потоков, претанселенных согласно фиг. 2, причем воз- имущественно на модели в аэродинамичесмуЩение теплового поля нормальными кой трубе, содержащее изотермическое

участками термоэлектродов в точке раз-.основание с установленнымина нем пермещения спая 10 данной термопары и дру- винными преобразователями теплового по, тих термопар устраняется в результате уда- тока, каждый из которых включает иэме:ления спая на расстояние от места ссо- рительный слой и дифференциальную тер;да нормальных участков термопарных про- мопару со спаями, размещенными на про|водов в соответствии с формулой С sii тивополоншых сторонах слоя, о т л и ч а;при относительной толщине .: ю зд е е с я тем, что, с целью повьпие.d..o -1-ld точности и улучшения пространствен-В данном устройстве дляизмерения ; ного разрешения при измерении в предераспределения сильно неоднородных тепло-jo площади распределений локальных тепвь1х потоков набор индивидуальных первич. ловых потоков, неоднородных по плотноснь1х преобразователей теплового цотока: ти, измерительные слои первичных преобградиентного типа заменен единым изме- разователей выполнены в виде общего для рительным слоем, снабженным множест-всех дифференпиальных термопар слоя, навом первичных преобразователей разности ss несенного на изотермическое основание, температур между поверхностями слояпричем наружные сваи дифференциальных

дифференциальных микротермопар, что по-- термопар удалены от мест ввода термозволяет проводить исследование расйрёде- электродов в слой, пропущенных сквозь

ления локальных тепловых потоков одним него по нормали, а участки термоэлсктро