Стенд для исследования процесса конвективной теплоотдачи

 

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и позволяет повысить точность определения коэффициента конвективной теплоотдачи в полостях переменного объема поршневых машин. В цилиндрической камере размещены поршень со штоком, образующий полость переменного объема, подложка в виде втулки и накладка, закрепленная на торце поршня. Поверхности втулки и накладки, обращенные к полости переменного объема, выполнены из сублимирующегося вещества, в котором размещены датчики температуры. Определение коэффициента теплоотдачи осуществляется методом аналогового моделирования . 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 01 К 17/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

, (Л

1 (21) 4621176/10 (22) 31.10.88 (46) 23,07.92, Бюл. М 27 ...(71) МГТУим. H. Э. Баумана (72) С. H. Караваев и А. И. Новохатйий (56) Авторское свидетельство СССР

tk 1553849, «л., 6 01 К 17/20, 1986, Милков В. А.;.Стефановский Б. С. К вопросу о закономерностях конвективной теплоотдачи " цилиндрах поршневых машин—

Известия Вузов. Машиностроение, 1969; М

7, с. 49-53. (54) СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ.ПРОЦЕССА КОНВЦ(ТИВ НОЙ ТЕПЛООТДАЧИ (57) Изобретение относится к теплофизическим измерениям и позволяет повйсить точИзобретение относится к теплофизическим измерениям, а именно к аналоговому моделированию, и может быть использовано при экспериментальном исследовании процесса конвективной теплоотдачи в рабочих полостях поршневйх машин, например двигателей Стирлинга и криогенных газо вых машин.

Известен стенд для определения коэффициента конвективной теплоотдачи, содержащий камеру с установленными внутри нее датчиками температуры и давления газа, и рабочими элементами, поверхность каждого из которого покрыта слоем сублимирующегося вещества с размещенным в нем датчиком температуры, и устройство для перемещения газа в камере.. . .. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является стенд для исследования процесса конвективной теплоотдачи в полостях переменного объема поршневых ма„„Я2„„1749727 А1

2 ность определения коэффициента конвективной теплоотдачи в полостях переменного объема. порш невых машин. B цилиндрической камере размещены поршень со штоком, образующий полость переменного объема, подложка в виде втулки и накладка, закрепленная на торце поршня.

Поверхности втулки и накладки, обращенные к полости переменного объема, выполнены из сублимирующегося вещества, в котором размещены датчики температуры, Определение коэффициента теплоотдачи осуществляется методом аналогового моделирования. 1 з. и. ф-лы, 4 ил. шин, содержащий цилиндрическую камеру, внутрй которой размещены поршень со штоком, образующий полость переменного объема, установленные в ней датчики средней температуры и давления газа, и механизм привода, кинематически связанный со штоком.

Недостатком известного устройства яв- Q ляется низкая точность; «4

Цель устройства — повышение точности «) определения коэффициента конвективной « теплоотдачи.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены дополнительные датчики темературы, подложка в виде в втулки длиной не менее максимального продольно-, го размера йолости-переменного объема, установленная в цилиндрической камере над поршнем, и накладка, закрепленная на

его торце со стороны полости переменного объема, по крайней мере часть поверхности которых выполнена иэ сублимирующегося

1749727 вещества, в котором размещены дополнительные датчики температуры, сильфон, закрепленный с одного из своих торцов на поршне, а с другого — на внутренней поверхности цилиндрической камеры, и датчик мгновенной температуры газа, установленный в полости переменного объема;

Кроме того, в устройство введена емкость переменного объема с трубкой, сообщающейся с полостью переменного обьема.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого стенда; на фиг, 2 — поршень с накладкой; на фиг, 3 — втулка с накладкой; на фиг. 4— структурная схема контрольно-измерительного устройства.

Стенд содержит основание 1, нз котором установлен корпус 2 с крышкой 3. В

- корпусе 2 установлен вал 4с кулачком 5. Вал

4 кинематически связан с электродвигателем 6. На крышке 3 корпуса 2 установлена опора 7, на которой закреплены направляющая 8 и цилиндр 9, на котором с помощью фиксирующего элемента 10 установлена крышка 11 с торцом 12. В нем закреплена трубка 13, Внутри цилиндра 9 и крышки 11 с зазором установлен поршень 14 с накладкой 15.

Поршень 14 снабжен также направляющей юбкой 16, между которыми установлено теплоизолирующее кольцо 17, К поршню 14 прикреплен шток 18, установленный в осевом отверстии опоры 7 с воэможностью возвратно-поступательного перемещения. На противоположном конце штока 18 закреплен толкатель 19, подпружиненный для обеспечения его постоянного контакта с кулачком 5 упругим элементом

20.

Стенд снабжен сильфоном 21, герме- тично присоединенным к юбке 16 поршня

14 и к цилиндру 9, Поверхность накладки 15, обращенная в полость 22 переменного объема, выполнена из сублимирующегося вещества 23, например из нафталина.

К полости 22 переменного объема через трубку 13 подключена емкость 24, выполненная с возможностью изменения ее объема и снабженная устройством для этого изменения.

Контрольно-измерительное устройство содержит систему для регулирования и изменения частоты вращения вала 4, снабженную источником 25 питания обмотки возбуждения электродвигателя 6 постоянного тока, регулируемым источником 26 пи. тания якорной обмотки электродвигателя 6, фотоэлектрическим датчиком 27 частоты вращения, подключенным к цифровому автоматическому тахометру 28; систему для измерения температуры, состоящую иэ устройства 29 для измерения температуры, закрепленного в крышке 11 и снабженного

5 двумя термоэлектрическими датчиками температуры, один из которых подключен к многоканальному автоматическому потенциометру 30, а другой через измерительный преобразователь 31 — к устройству 32 инди10 кации, и термометром сопротивления, подключенным через измерительный мост ЗЗ постоянного тока. и термоэлектрического датчика 34, установленного в сублимирующемся веществе 23 и связанного с многока15 нальным автоматическим потенциометром

30, а тзкже систему для измерения давления, снабженную индуктивным датчиком 35 давления, закрепленным в торце 12 крышки

11 и связанным с усилителем 36 постоянно20 го тока через индуктивный преобразователь

37, .

Усилители 36 и 38 выполнены с выходзми на электронно-лучевой осциллограф 39 и шлейфовый осциллограф 40.

25 В крышке 11 может быть установлена втулка 41, по меньшей мере часть поверхности которой покрыта слоем 42 сублимирующегося вещества.

Стенд работает следующим образом.

30 Изготавливают накладку 15 с торцовой поверхностью иэ сублимирующегося вещества 23, закрывают ее предохранительной крышкой (не показана), которую закрепляют на боковой поверхности накладки 15. По35 следнюю устанавливают на поршне 14, затем устанавливают крышку 11 и закрепляют ее установочным элементом 10. Включением источника 26 питания электродвигателя

6 обеспечивается выход на исследуемый

40 скоростной режим, который контролируется с помощью контрольно-измерительного устройства. В течение 5-10 мин этот режим выдерживают постоянным. Затем электродвигатель 6 отключают, снимают крышку t1

45 и предохранительную крышку, вновь устанавливают крышку 11 и закрепляют ее с помощью элемента 10. Включением электродвигателя 6 обеспечивается выход на исследуемый режим, который

50 поддерживается в течение фиксированного времени эксперимента. При наличии втулки

41 этй операции выполняют с нею.

Массовую скорость сублимации находят по величине массы сублимировавшего55 ся во время эксперимента вещества, определяемой либо двукратным взвешиванием, либо по.изменению профиля поверхности этого вещества вследствие его сублимации определяемом например, с помощью профилометра.

1749727

Частота вращения вала 4 устанавливается регулированием частоты вращения вала электродвигателя 6 с помощью регулируемого источника 26 питания по показаниям цифрового автоматического тахометра 28, на который поступает информация от датчика 27.

Среднеинтегральная температура сублимирующегося вещества 23 и в полости 22 переменного объема измеряется соответственно термоэлектрическим датчиком 34 и двумя термоэлектрическими датчиками устройства 29 измерения температуры с регистрацией многоканальным автоматическим потенциометром 30, и наблюдается на устройстве 32 индикации в течение всего времени эксперимента, Мгновенные значения температуры в полости 22 переменного объема измеряют термометром сопротивления устройства 29, включенного в цепь измерительного моста

33 постоянного тока, сигнал с которого усиливается усилителем 38 постоянного тока.

Давление в полости 22 переменного объема измеряется индуктивным датчиком

35 и через индуктивный преобразователь 37 усиливается усилителем 36 постоянного тока.

Выходы первого 28 и второго 36 усилителей подключены для индикации на электронно-лучевой осциллограф 39 и для регистрации — на шлейфовый осциллограф

40 в течение всего времени эксперимента.

После окончания эксперимента определяют погрешность, обусловленную временем выхода на режим, временем останова и временем технологических операций, для чего повторяют все перечисленные действия и определяют массу сублимировавшегося в течение этого времени вещества.

По измеренным характеристикам вычисляют параметры процесса вынужденной конвективной теплоотдачи.

Таким образом, за счет применения

5 аналогового моделирования для исследования процесса конвективной теплоотдачи в полостях переменного объема поршневых машин повышается точность измерения и упрощается констуркция стенда.

10 Формула изобретения

1, Стенд для исследования процесса конвективной теплоотдачи, содержащий цилиндрическую камеру, внутри которой размещены поршень со штоком, образующий

15 полость переменного объема, установленные в ней датчики средней температуры и давления газа и механизм привода, кинематически связанный со штоком, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения

20 точности, в него введены дополнительные датчики температуры, подложка в виде втулки длиной не менее максимального продольного размера полости переменного объема, установленная в цилиндрической

25 камере над поршнем. и накладка, закрепленная на его торце со стороны полости переменного объема, по крайней мере часть поверхности которых выполнена из сублимирующегося вещества, в котором разме30 щены дополнительные датчики температуры, сильфон, закрепленный с одного из своих торцов на поршне, а с другого — на внутренней поверхности цилиндрической камеры, и датчик мгновенной темпера35 туры газа, установленный в полости переменного объема, 2. Стенд по и. 1, отличающийся тем, что в него введена емкость изменяемо40 го объема с трубкой, сообщающейся с полостью переменного объема, 1749727

Фиг. 2

1749727

Фиг. Ф

Составитель Н.Соловьева

Техред М.Моргентал Корректоо Н.Король

Редактор Н.Козориз

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2588 Тираж ... . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раувская наб., 4/5