Устройство для измерения распределения тепловых потоков

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ, содержащее изотермическое основание , измерительный слой, первичные преобразователи температуры внутренней и внешней поверхностей иэмеI рительного слоя, отличающее с я тем, что, с целью повышения точности измерения распределения локальных тепловых потоков и их визуализации, в него введены нагревательный элемент, координатная сетка, выполненная из микропроводов и размещенная между измерительным слоем и первичным преобразователем температуры его внешней поверхности , выполненным в виде композиции жидких кристаллов, закапсюлированных в полимерной матрице, толщина

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1% (11):ЗСЮ 6 01 К 17 08

OllH0AHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

S AaVOrCsCenV © иДЕ ЕЛ Ст у

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3417996/18-10 (22) 02.04.82 (46) 15.01.84. Бюл. М 2 (72) В.A.Балабанов, З.Н.Вознесенский, Г.М.Жаркова, В.И.Немченко и A.Â.Òîëмачев (53) 536.629.7(088.8) (56) 1. Ардашева М.М., Боровой В.Я., Давлет-Кильдеев К.3., Майкапар Г.И., . Первушин Г.E., Рыжова N.Е. Применение термоиндикаторных покрытий в исследованиях теплообмена. Труды

AFH. Вып. 1962 М., 1975.

2. Авторское свидетельство СССР.

1Ф 705281, кл. G 01 К 17/06, 1975. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВЧХ ПОТОКОВ, содержащее изотермическое основание,.измерительный слой, первичные преобразователи температуры внутренней и внешней поверхностей иэме рительного слоя, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения распределения локальных тепловых потоков и их визуализации, в него введены нагревательный элемент, координатная сетка, выполненная из микропроводов и размещенная между измерительным слоем и первичным преобразователем температуры его внешней поверхности, выполненным в виде композиции жидких кристаллов, закапсюлированных в полимерной матрице, толщина с которой составляет 0,010,1 толщины измерительного слоя h, и эталонная металлическая пластина с нанесенным на ее поверхность дополнительным жидкокристаллическим первичным преобразователем температуры, закрытая с рабочей стороны прозрачньм теплоизолирующим экраном, укрепленная одним концом на изотермическом основании и присоединенная другим концом к нагревательному элементу.. 1067376

2. Устройство по п.l, о т л ич а ю щ е е с я тем, что к эталонной металлической пластине прикреплена

Изобретение относится к термометрии, а именно к средствам измерения распределения локальных тепловых потоков, в том числе сильно неоднородных по плотности, что харак- 5. терно, например, для исследований теплообмена на моделях в вакуумных аэродинамических трубах малой и средней мощности °

Известны устройства для изме- 10 рения распределения локальных тепловых потоков к поверхности модели путем определения скорости перемещения изотермы, визуализированной с помощью термоиндикаторного покрытия, нанесенного на модель f17 .

Однако градуировка используемого термоиндикаторного покрытия и измерения теплового потока разделены. Отсутствие изотермического основания и измерительного слоя (вспомогательной стенки) не позволяет проводить измерения стационарными методами, что неоправдано усложняет и удорожает эксперимент в стационар- 25 ных и кваэистационарных вакуумных трубах., Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения распределе- 30 ния тепловых потоков, содержащее изотермическое основание, измерительный слой с размещенными на нем первичными преобразователями температуры его внешней и внутренней повер- 35 хностей, причем первичные преобразователи температуры внешней поверхности измерительного слоя выполнены в виде множества дифференциаль- . ных микротермопар (23.

Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения теплового потока, что свя-. зано с искажением теплового поля большим количеством термоэлектродов. 45

Цель изобретения - повышение точности измерения распределения локальных тепловых потоков и кх визуализаЦЙЯ °

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения распределения тепловых потоков, содержащее изотермическое основание, измерительный слой, первичные преобразователи температуры внутренней и внешней поверхностей измерительцифровая шкала, соответствующая значениям измеряемого теплового потока.

2 ного слоя, введены нагревательный элемент, координатная сетка, выполненная из микропроводов и размещенная между измерительным слоем и первичным преобразователем температуры его внешней поверхности, выполненным в виде композиции жидких кристаллов, закапсюлированных

° в полимерной матрице, толщина О которой составляет 0,01-0,1 толщины измерительного слоя ), и эталонная металлическая пластина с нанесенным на ее поверхность дополнительным жидкокристаллическим первичным преобразователем температуры, закрытая с рабочей стороны прозрачным теплоиэолирующим экраном, укрепленная одним концом на изотермическом основании и присоединенная другим концом к нагревательному элементу.

К эталонной металлической пластине прикреплена цифровая шкала, соответствующая значениям измеряемого теплового потока.

На чертеже показано предлагаемое устройство, общий вид.

Устройство содержит изотермнческое основание 1, выполненное из материала с высокой теплопровод,ностью, например из меди, к которому подводится термостатирующий агент, измерительный слой 2, выполненный из однбродного изотропного материала с низкой теплопроводностью, например из органического стекла или лавсана, первичный преобразователь температуры внутренней поверхности измерительного слоя (микротермопару 3), координатную сетку 4, выполненную из микропроводов, расположенных перпендикулярно друг дру гу, первичный преобразователь 5 температуры внешней поверхности измерительного слоя, представляющий со бой композицию жидких кристаллов, закапсюлированних в полимерной матрице и подобранных так, чтобы изменение длины волны рассеянного света с изменением температуры соответствовало видимой части спектра, металлическую эталонную пластину б с нанесенным на одну из ее поверхностей дополнительным жидкокристаллическим первичным преобразователем температуры 7, идентичным пер1067376

Сос

Тех

Редактор Т.Парфенова

Заказ 11200/46 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Филиал ППП Патент, вичному преобразователю температуры внешней поверхности измерительного слоя 5, и нагревательный элемент 8.

Концы эталонной пластины 6 поддерживаются при различных фиксированных температурах с помощью нагревательного элемента 8 с одной стороны, а с другой стороны с помо.— щью термостатируемого выступа 9 изотермического основания 1. К эталонной пластине.6 прикреплена шкала 10 с цифрами, соответствующими значениям теплового потока. С целью исключения влияния конвективных теп= ловых потоков на поверхность пластины 6, ее закрывают прозрачным теплоизолирующим экраном 11. В нескольких точках измерительного слоя 2 для.уточнения перепада температур на его гранях может быть размещено несколько дифференциальных микротермопар 12. Для определения взаимно-од нозначного соответствия между температурой поверхности дополнительного жидкокристаллического первичного преобразователя 7 и длиной волны рассеянного света несколько термопар 13 размещено вдоль эталонной пластины 6.

Устройство для измерения распределения тепловых потоков работает следующим образом.

Стационарный или квазистационарный конвективный тепловой поток, воздействуя на наружную поверхность устройства, помещенного, например, в рабочей камере вакуумной аэродинамической трубы, формирует в измерительном слое 2 тепловое по.ле, которое определяет распределение температуры на внешней поверхности измерительного слоя и в полиерной матрице, содержащей компоицию жидких кристаллов. Ввиду зависимости фазовых переходов жидких кристаллов от температуры, цветовая картина на поверхности модели в отраженном свете соответствует распределению температуры вдоль полимерной матрицы.

Если толщина измерительного слоя

2 много меньше (в 10 и более раэ) характерного линейного размера неоднородности теплового потока, а толщина полимерной матрицы выбрана в указанных пределах, то справедливо соотношение тл т2 ъ "- " связывающее локальные значения < » плотности действующего теплового потока и локальную разность температур (Т -Т ) между поверхностями измерительного слоя 2 (А- коэффициент теплопроводимости материала слоя). Значение температуры определяется путем сравнения цвета кристаллов, закапсюлированных в полимерной матрице, с цветом дополнительного жидкокристаллического первичного преобразователя температу,ры 7, размещенного на поверхности пластины 6, визуально либо инструментально, например с помощью фото15 регистратора и набора интерференционных фильтров. В пластине 6, эа счет поддержания ее концов при различных фиксированных температурах, устанавливается постоянный градиент температуры.

Так как температура Т внутренней поверхности измерительного слоя

2, контролируемая с помощью термопары 3, поддерживается практически по25 стоянкой изотермическим основанием 1, то измеряемые значения теплового потока могут быть отсчитаны непосредственно со шкалы 10.

При Фотосъемке или киносъемке для точного и быстрого определения пространственного положения экспериментальных точек на микропровода координатной сетки 4 можно подать кратковременный импульс тока от отделочного генератора (на чертеже не приведен). Длительность импульса тока выбирается, исходя из требований достаточного нагрева сетки 4 при минимальных искажениях теплового поля. В результате такого на40 грева на первичном преобразователе

5 температуры внешней поверхности и измерительного слоя отчетливо от-. печатается координатная сетка 4 и, одновременно, цветные изотермы, 45 которые совпадают с линиями уровня тепловых потоков.

B предлогаемом устройстве сведено к минимуму растекание тепла в измерительном слое и первичном преобразователе температуры его внешней поверхности. Устройство позволяет сохранить точность измерения сильно неоднородных распределений тепловых потоков на уровне 2-3В, в то время как точность измерения устройством-прототипом ухудшается в этих условиях до 10-15%. тавитель В.Голубев ред В.Далекорей Корректор Г.Огар