Устройство для теплофизических исследований

 

Изобретение относится к теплотехнике , а именно к устройствам для измерения коэффициентов теплоотдачи л температуроп1эоводности. Оно может быть использовано при исследовании тепловых процессов в каналах магнитогидродинамических генераторов и других теплонапряженйых объектов техники. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства. Устройство содержит источник рабочей среды и мерный блок с датчиками температуры, соединенными с термостатом и регистратором температуры, а также датчик давления, теплообменник с насосом подачи и регулятором расхода охлажде ния. При включении устройства через насос и регулятор в теплообменник подается охладитель. На контакты-, воспламенителя подается электрический сигнал, что обеспечивает воспламенение поверхности топлива на участке разогрева, происходит сгора- .ние топлива, истечение продуктов сгорания, разогрев блока до требуемой температуры. Неизменность во времени температурного поля мерного блока обеспечивается циркуляци - ей охладителя в теплообменнике. Требуемая степень нагрева мерного Q блока обеспечивается путем регулиро- .tg вания подачи охладителя регулятором. При достижении фронтом пламени участка модуляции поверхность горения периодически у1-«еньшается и увеличивается , вызьтая изменение давления в S камере сгорания и канале. Коэффициент т емпературопроводности определяется в реальных условиях обтекания поверхности высокотемпературным потоком газа по частоте колебаний теплового потока при движении фронта пламени. 1 з.п.ф-лы, 3 ил. (Л Usi Ю «

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (511 4 С.01 N 25/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ д

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3862794/24-25. (22) 03.01.85 (46) 07.07.86.Бюл. Р 25 (72) В,Д.Корнеев (53) 536.24 (088.8> (56) Исаченко В.П. и др. Теплопередача. Й.: Энергия, 1975. с.168-169, Авторское свидетельство СССР

В 1056016, кл. С Ol N 25/20, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЙ (57) Изобретение относится к теплотехнике, а именно к устройствам для измерения коэффициентов теплоотдачи .и температуропроводности. Оно может быть использовано .при исследовании тепловых процессов в каналах магнитогидродинамических генераторов и других теплонапряженных объектов техники. Целью изобретения явля ется расширение функциональных воэможностей устройства. Устройство содержит источник рабочей среды и ,мерный блок с датчиками температуры, соединенными с термостатом и регистратором температуры, а также датчик давления, теплообменник с насосом

ÄÄSUÄÄ 1242793 А 1 подачи и регулятором расхода охлажде« ния. При включении устройства через насос и регулятор в теплообменник подается охладитель. На контакты ., воспламенителя подается электрический сигнал, что обеспечивает воспламенение поверхности топлива на участке разогрева, происходит сгора .ние топлива, истечение продуктов сгорания, разогрев блока до требуемой температуры. Неизменность во времени температурного поля мерного блока обеспечивается циркуляци ей охладителя в теплообменнике.

Требуемая степень нагрева мерного блока обеспечивается путем регулирования подачи охладителя регулятором.

При достижении фронтом пламени участка модуляции поверхность горения периодически уменьшается и увеличивается, вызывая изменение давления в камере сгорания и канале. Коэффици-. ент температуропроводности определяется в реальных условиях обтекания поверхности высокотемпературным потоком газа по частоте колебаний теплового потока при движении фронта пламени. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

12427!

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к устройствам для измерения коэффициентов теплоотдачи и температуропроводности и может быть испольэовано при исследовании тепловых процессов в каналах магнитогидродинамических генераторов и других теплонапряженных объектов техники.

Цель изобретения — расширение

1!) функциональных воэможностей установки.

На .фиг.1 показана принципиальная схема установки; на фиг. 2 и 3— графические зависимости, позволяющие определить коэффициенты теплоотда чи и температуропроводности по результатам эксперимента.

Установка содержит мерный блок 1, в котором выполнен канал 2, в от20 верстие 3 помещена термопара 4, в отверстие 5 введен датчик 6 давления, соединенный с усилителем 7..

Мерный блок 1 снабжен наружным теп25 лообменником 8, внутри которого в потоке охладителя размещена термо- пара 9, отделенная от установленной на наружной стенке блока 1 термопары 10 экраном 11, Теплообменник 8 соединен с насосом 12 и регулятором расхода 13 охладителя. Мерньп! блок 1 соединен с камерой 14 сгорания, снабженной воспламенителем 15. Внутри камеры !4 сгорания на участках разогрева 16 -и модуляции 17 размещено 35 топливо 18. Термопары 4,9 и 10 соединены с термостатом 19, потенциометром 20, усилителем 21 и шлейфовым осциллографом 22 (регистратором температуры !. . 4О

Устройство работает следующим образом.

При включении установки через насос 12 и регулятор 13 в теплоабменник 8 подается охладитель. На кон- 5 такты воспламенителя 15 подается электрический сигнал, что обеспечивает воспламенение поверхности топлива 18 на участке разогрева 16.

При движении поверхности горения по участку 16 происходит сгорание топлива, истечение продуктов сгорания из камеры 14 через канал 2, разогрев блока 1 до требуемой температуры.

Неизменность во времени температур- 55 ного поля блока 1 обеспечивается: циркуляцией охладителя в теплообменнике 8. Требуемая степень нагрева

93 2 мерного блока 1 обеспечивается путем регулирования подачи охладителя регулятором 13.

При достижении фронтом пламени участка 17 модуляции поверхность горения периоцически уменьшается и увеличивается, вызывая изменение давления в камере 14 сгорания и канале 2, При этом происходит соответствующее изменение теплового потока от продуктов. сгорания в канале 2 к стен" ке мерного блока 1 вследствие измене ния массовой скорости продуктов сгорания в канале 2.

Запись переменной составляющей давления (а соответственно, и канвективного теплового потока) осуществляется при помощи шлейфового осцил лографа 22, сигнал на который подается с датчика б давления через усилитель 7. Аналогично производится запись переменной составляющей сигнала термопары 10. Постоянная составляющая компенсируется потенциометром 20, переменная усиливается усилителем 21 и регистрируется на шлейфовом осциллографе 22.

В области высоких температур 20003000 К вместо термопары 4 можно ис" пользовать фотоэлектрический способ регистрации температуры. Численное значение критерия В. (В;„ ) при теплоотдаче от стенки мерного блока 1 к охладителю теплообменника 8 определяется. как соотношение где и 1, — толщина стенки блока 2 и расстояние между термопарами 4 и 10; лТ, Т„- разности температур, измеренные термопарами 4,10 и 9 10 соответственно.

Произ:водится вычисление значений сдвига фаз Ч„, между. колебаниями теплового потока íà поверхности канала 2 и температуры в точке установки термопары 10 при известном значении В ;„ и заданной серии значений

В„, т.е. условиях теплообмена на поверхности канала 2. По полученным данным строят серию графиков для различных В ° в координатах 1,и Е, (фиг. 2) .

Вычисление 2,„производится по формуле при построении графиков значения задают

1?42 (а;( где 4 — коэффициент температуропроводности; 5 расстояние между точкой ус--! тановки термопары 10 и по- верхностью канала 2 мерного блока.

Производится измерение сдвига фаз между колебаниями теплового потока и температурной в контрольной точке (термопара 10) для частоты

И изменения теплового потока, выполняется измерение сдвига фаз 9 для

l частоты Ы = 2а, теплового потока.

- Вычисляется ряд значений Ч (Z ), где Е определяется аналогично 2, для частоты ь . Производится постро-. ение графических зависимостей в ко- 20 ординатах вычисленных значений и Ч для серии В, (фиг.3) .

По измеренным значениям Ч и и графикам (фиг.З), определяется значение В- и из выражения для г

В;д производится определение коэффициента теплоотдачи Ы от высокотемг пературного газа к стенке канала 2.

30 =й" г где Ф вЂ” коэффициент теплоотдачи от газа к стенке канала 2; — Расстояние между точкой установки термопары 10 и поверхностью канала 2;

)1 — коэффициент теплопроводности материала, определенный заранее при температуре испытаний.

По измеренной величине 1„, опре— деленному в результате эксперимента

В; и по графическим зависимостям (фиг.2 ) определяется величина Z, и 4 коэффициент температуропроводности

Ц в реальных условиях обтекания поверхности высокотемпературным потоком газа где Ы, — частота колебаний теплового потока при движении фронта пламени участку 16 камеPb> s

7.3 4 —, расстояние между точкой установки термопары 10 и ло-. в ер хно с тью канала 2.

С целью обеспечения требуемой точности измерений ы и P подбираются иэ условия Z ) 3, причем / > 3, где

1 — длина канала мерного участка 1.

Эти условия обеспечивают минимальную погрешность определения Q при любых значениях В; .

Форма выполнения профиля продоль. ного сечения камеры участка модуля-. ции выбрана из условия обеспечения необходимой формы колебаний теплового потока от газа и стенки мерного участка. Метод температурных волн предлагает измерение сдвига фаз между колебаниями плотности теплового потока и колебаниями температуры в контрольной точке.

Величина плотности конвективного теплового потока от высокотемпературного газа к стенке пропорциональна давлению газа в камере сгорания.

Периодическое изменение давления в камере обеспечивает соответствующее изменение плотности теплового пото ка к стенке камеры и мерного блока.

-Периодическое изменение площади поперечного сечения участка модуляФ ции обеспечивает периодическое изменение расхода и давления в камере сгорания, в канале мерного блока и плотности теплового потока в стенку канала мерного блока.

Форма выполнения профилк. продольного сечения выбрана такой, чтобы площадь поперечного сечения периодически изменялась по длине участка модуляции. Причем экспериментально установлено, что П-образный профиль продольного сечения участка модуляции обеспечивает практически синусоидальное изменение давления газа в канале и следовательно плотности теплового потока в стенку мерного блока..

Частота изменения площади поперечного сечения участка модуляции, а следовательно, и частота колебаний плотности теплового потока выбирается иэ условия обеспечения минимальнойпогрешности определения температуропроводности Ц .

Две частоты изменения теплового потока при определении коэффициента теплоотдачи выбраны с целью уменьшения погрешности определения крите1?43793 рнл Bj, так как при меньшем отношении частот погрешность возрастает, при большем — уменьшается амплитуда колебаний температуры, что затрудняет ее регистрацию.

Применение данной установки поэво ляет определять величину коэффициента теплоотдачи при обтекании объектов высокотемпературной средой при зна- 1О чительной величине удельного теплового потока к поверхности без непосредственного измерения температуры стенки объекта со стороны высокотемпературного потока газа и темпе- 15 ратуры обтекающего газа. Установка обеспечивает воэможность измерений при обтекании поверхности агрессивным, корроэионно-активным потоком.

Кроме коэффициента теплоотдачи может 20 быть определен коэффициент температуропроводности материала объекта.

Формула иэ обретения

1.Устройство для теплофиэическнх исследований, включающее источник рабочей среды и мерный блок с датчйками температуры, соединенными с термостатом и регистратором температуры, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональHbIX BO Ho e, B Me HOM o e Bbl полнен канал для подачи рабочей среды, герметично соединенный с ее источником H модулятором теллового потока, при этом мерный блок снабжен датчиком давления и наружным теплообменником с насосом подачи и регулятором расхода охладителя.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что источник рабочей среды и модулятор теплового потока выполнены в виде снабженной топливом камеры сгорания, внутренний объем которой включает участок .разогрева в виде цилиндрического канала и участок модуляции, профиль продольного сечения которого выпол" нен в виде П -образных выступов и впадин, чередующихся с различной 1 частотой по его длине, причем частота изменения площади поперечного сечения модулятора на части его длины в 2 раза больше частоты изменения площади на другой его части.

l242?93

А щаГ б ®д

Составитель В. Зайченко

Редактор Н.Рогулич Техред H.Áîíêàëo

Корректор О.Луговая .

Закаэ 3695/40 Тираж 778

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д.4/5

Подписное

Проиэводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4