Способ определения температуры газового

 

О П И С А Н И Е 384026

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

Зависимое от авт, свидетельства №

Заявлено 25Х.1971 (№ 1662526/18-10) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет

Опубликовано 23.V.1973. Бюллетень ¹ 24

Дата опубликования описания 27.IX,1973

М. Кл. G 01k 7/02

G O ln 25/18

Государственныи комитет

Совета MNHNGTpOB СССР па делам изобретений и открытий

УДК 536 532(088 8) Н. М. Цирельман и Ф. Г. Бакиров

Уфимский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе

Авторы изобретения

Заявитель

СПОСОБ ОПРЕДЕЛEHИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗОВОГО

ПОТОКА

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано, например, для определения стационарной статической температуры и газового потока в различных промышленных и исследовательских установках.

Известные в настоящее время способы измерения температур газовых потоков можно подразделить на контактные и бесконтактные.

Контактные способы,пред полагают введение в исследуемый поток различного рода датчиков температуры, это вносит возмущения в исследуемый поток и возникает проблема надежности и долговечности самих датчиков температуры. Кроме того, контактные датчики температуры имеют сложную конструкцию и в основном служат для измерения температуры торможения, потока, а не статической температуры.

Беско нтактные способы позволяют в основном проводить измерения статической температуры в свободных струях, при этом необходима сложная оптическая аппаратура.

Цель изобретения — создание способа определения статической темпера туры газового потока, не требующего введения в поток каких-либо датчиков, но в то же время достаточ но легко осуществимого и надежного в широком диапазоне температур потока

Для этого применяют способ определения температуры газового потока с помощью теплоизолнрованного цилиндрического стержня с известными теплофизическими свойства ми, по оси которого на фиксированных расстояниях расположено два термочувствительных элемента. По этому способу измеряют два момента времени, соответствующие одинаковым показаниям термочувствительных элементов и вычисляют температуру по известному со10 отношению распространения тепла в полуограниченном теле

Предлагаемый способ основан на использовании закономерностей распространения тепла в полуограниченном теле. Известно, что

15 при граничных условиях третьего рода температурное поле в полуограниченном теле описывается зависимостью т(" -) — т

20 т — то 2 Е ас т а а — ехр (— х+ — ат) erfc (+ )l ат), Л Л ) (2фа Л (1) 25 где Π— безразмерная температура в произвольной точке стержня;

Т(хгт) — текущая температура;

T0 — начальная температура тела;

Тт — температура потенциального ядра

30 потока;

384029 х — координата, отсчитываемая от ограничивающей полупространство по верхности; а — коэффициент температуропроводности материала;

Х вЂ” коэффициент теплопроводности; т — время; а — коэффициент теплоотдачи:

erfcz = / — erfz =1/ — — { e dt

10 р

Моделью полуограниченного тела может служить полубесконечный стержень с идеально теплоизолированной боковой lIIQBepxностью, омываемый с торца потоком жидкости. Однако, если взять в качестве модели стержень конечной длины с теплоизолированными боковой поверхностью и HeoìûBà åìûì торцом, то закономерности распространения тепла в полупространстве будут сохраняться в нем до тех пор, пока температурные возмущения не достигнут теплоизолированного торца стержня.

На фиг. 1 приведена потенциальная схема определения статической температуры потока; на фиг. 2 представлена зависимость между числами Bi и В1К Fo для различных значений относительно температуры для полуограничепного тела; на фиг. 3 показано перемещение 30 фронта температуры T(xI, .с1) =T(xg, g) в экспериментальном стержне в координатах х и ) ат.

Экспериментальна я реализация измерения статической температуры потока Т предлага- 55 емым способом достигается по следующей схеме.

В стенке канала 1 (фиг. 1) заподлицо с его внутренней поверхностью устанавливают теплоизолированный,стержень 2, .в котором на 40 расстояниях xI и х от торца стержня, обращенного к потоку, заделывают две рабочие термопары 8 и 4. По показаниям этих термопар определяют характер изменения температуры в указа нных точках стержня во времени. 45

Третью термопару 5 располагают на теплоизолированном торце стерженя и она служит для контроля момента нарушения условий распространения тепла в полупространстве.

Характеристики а и Х материала стержня, 50 расстояния XI и х, а та кже начальную температуру стержня Тр полагают известными.

Если известен коэффициент теплоотдачи в сечении канала, в котором установлен теплоизолированный стержень, то достаточно за- 55 фиксировать время т1 и т2 достижения в любой из точек х, или х, какой-нибудь температуры T(xI,òI) или T(x2,т ) и тогда статическую температуру потока Т определяют из соотноше ния (1). Однако коэффициент чаще 60 всего неизвестен. В этом случае при проведении измерений фиксируют время т1 и т2 достижения в каждой из этих точек какой-нибудь одинаковой температуры T(xI,xI) =

= Т(х, т2), 65 (4 т. е . безразмерной 8=idem, На основании выражения (1) справедливо следующее соотношение:

Х

erfc ехр — х, + — а-., erfc )<

2)l а л

X (+ — а, j = ег/с

/ а а

Х(+ Va,) (2)

Далее, удовлетворяя, например, методом подбора соотношению (2), определяют коэффициент теплоотдачи а, после чего для нахожден ия температуры потока Т достаточно подставить полученное значение а в ypaiBHeние (1).

Упрощение вычислений а и Т на основании описанных выше измерений возможно при использовании таблиц зависимости Bi„== f(Bi„P Fo„) для каждого 8=idem как параа метра, где Bi— = — х — локальный крител а рий Био, а Fo — — — локальное число Фурье.

Х

Такие таблицы составлены для каждого из

0=0,01; 0,02, 0,03;.... 0,8 в диапазоне чисел

В4УРо„.=0,02 — 10. Соответствующие значения получены из уравнения (1) На фиг. 2 эти таблицы интерпретированы графически.

Для того, чтобы воспользоваться фиг. 2,необходимо построить. в координатах х2, Р ат перемещение в экспериментальном стержне фронта температуры Т(х„т1) =T(xg, т ), т. е.

8=Ыет (фиг. 3)

Умножением координат х, 1 ат (фиг. 3) на а величину — мы переходим к графику

Bi„= f(Bi,+Fo„), приведенному на фиг. 2.

Если совмещать фиг. 2 и фиг. 3, то при правильно подобранной величине — через л экспериментальные точки 1 и 2 пройдет изотерма О, которая и будет искомой. Для более точного определения величин а, Т необходимо воспользоваться упомянутымй таблицами Bi„=f(Bi„VFo„) при 8=idem.

При больших значениях а, когда

Bi„Fo„)2,8 зависимость (1) без ущербадля точности может быть заменена предлагаемым простым соотношением.

Х х+—

8 = erIc= (3)

2 )бай

Предмет изобретения

Способ определения температуры газового потока с помощью теплоизолированного цилиндрического стержня с известными теплофизическими свойствами, по оси которого на фиксированных расстояниях расположено два термочувствительных элемента, отличающий 384026 ся тем, что, с целью повышения надежности, измеряют два момента времени, соответствующие одинаковым показаниям термочувствительных элементов и вычисляют температур) по известному соотношению распространения тепла в полуограниченном теле.

М 462«6

Редактор Т. Рыбалова

Заказ 2636/17 Изд. № 1613 Тираж 755 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4/5 Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель В. Агапова

Техред Т. Ускова

Корректоры: Е. Талалаева и О. Тюрина