Способ определения коэффициента теплопередачи

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ через стенку конвективно охлаждаемой детали, например лопатки турбин, заключающийся в том, что деталь помещают в расплавленный металл и при температуре кристаллизации последнего продувают ее охлаждающей средой, а о коэффициенте теплопередачи судят по толщине образовавшейся корки металла и разности температур исследуемой детали и охлаждающей среды, о тли чающийся тем, что, с целью повышейия точности, продувку прекращают за 2-4 с до измерения толщины образовавшейся корки металла. ,., т гГ 8п11 WO 00 СП о 4

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (Ш а 01 и 25/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ц

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITMA (21) 3492114/18-25 (22) 13.09.82 (46) 23.03.84. Бюл. Р 11 (72) М.Н.Галкин, A.Í.Áoéêî, В.П.Литвинков и A.À.Õàðèí (71) Московский авиационный техноло-, гический институт им. К.Э.Циолковского (53) 536.6 (088.8) (56) Осипова В.A. Экспериментальное исследование процессов теплообмена.

M., "Энергия", 1969, с. 186-188.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 550008, KJ1 G 01 К 17/20,, F 01 в 25/08, 1975 (прототип). (54 ) (57 ) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ через стенку конвективно охлаждаемой детали, например лопатки турбин., заключающийся в том, что деталь помещают в расплавленный металл и при температуре кристаллизации последнего продувают ее охлаждающей средой, а о коэффициенте теплопередачи судят по толщине образовавшейся корки металла и разности температур исследуемой детали и охлаждающей среды, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, продувку прекращают за 2-4 с до измерения толщины образовавшейся корки металла.

1081504

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может ..найти применение в отраслях промышленности, связанных с разработкой и изготовлением теплообменников и тепловых машин различного назначения, в частности для определения теплопередачи к воздуху в лопатках газовых турбин.

Известен способ определения коэффициента теплопередачи при обогреве контролируемого объекта конденсирующимся, слегка перегретым водяным паром (1 3, Недостатком данного способа является высокая трудоемкость и практическая невозможность использования для определения коэффициента теплопередачи в малоразмерных теплообменниках, имеющих сравнительно сложную форму, например в лопатках газовых турбин.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ (23 определения коэффициента теплопередачи через стенку конвективно охлаждаемой детали, например лопатки турбины, заключающийся в том, что деталь помещают в расплавленный металл, и при температуре кристалли- . зации последнего продувают ее охлаждающей средой, а о коэффициенте, теплопередачи судят по толщине образовавшейся корки металла и разности температур исследуемой детали и охлаждающей среды и вычисляют коэффициент теплопередачи по формуле где .о — толщина корки металла, образовавшейся на детали при ее продувке в кристаллизирующемся расплаве,< время продувки;

L,р — теплота кристаллизации и плотность расплавленного металла;

Тк,T — температуры кристаллизации расплава и охлаждающей среж, соответственно.

Недостатком известного способа является наличие погрешности, обусловленной увеличением термического сопротивления стенки в процессе эатвердевания металла, в результате увеличивается температурный перепад в стенке и корке и уменьшается толщина корки металла в сравнении с фактической, соответствующей плот-ности теплового потока для заданного. режима проведения опыта.

Целью изобретения является ïîâûшение точности определения коэффициента теплопередачи.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения коэффициента теплопередачи через стенку конвективно охлаждаемой детали, например лопатки турбины, заключающемуся в том, что деталь помещают в расплавленный металл и при температуре кристаллизации последнего продувают ее охлаждающей средой, а о коэффициенте теплопередачи судят по толщине образовавшейся корки металла и разности температур исследуемой детали и охлаждающей среды, продувку прекращают за 2-4 с до измерения толщины образовавшейся корки металла.

На чертеже приведена диаграмма зависимости коэффициента теплопередачи к воздуху от времени выдержки лопатки газовой турбины.

При выдерживании детали в расплаве после окончания продувки перепад

Аналогично определялся коэффициент теплопередачи при выдержке лопатки в расплаве после окончания продувки в течение О, 1, 2, 6, 8 и 10 с. результаты опытов приведены на чертеже. Из него следует, что при знатемпературы в стенке и корке становится равным нулю.

Часть отводимого тепла затрачивается на перестройку температурного поля стенки в процессе продувки.

Остальное тепло поступает к воздуху от кристаллизующегося металла, который при этом затвердевает на наружной поверхности детали. Следователь30 но, утолщение корки металла на поверхности детали в течение 2-4 с после прекращения ее продувки означает, что отвод тепла в деталь продолжается и связан с выравниванием

35 температуры в системе "деталь-расплав". При этом толщина корки возрастает на величину, пропорциональную значению этого перепада. По этой причине уменьшается погрешность

40 определения плотности теплового потока к воздуху и, следовательно, уменьшается погрешность определения коэффициента теплопередачи.

Пример. Лопатку газовой турбины с высотой пера 0,1 м.и хордой

0,03 м помещали в расплавленный цинк марки ЦВЧ, после достижения температуры кристаллизации цинка 419,4 С продували лопатку воздухом при температуре на входе в замок, равной

60 С, расходом 3 10 кг/с в течение

15 с. После отключения продувки лопатку выдерживали 4 с в расплаве извлекали из расплава. Толщина корки в области входной кромки среднего сечения лопатки составила 0,002 м.

Коэффициент теплопередачи, расчитанный по указанной формуле, оказался равным 440 Вт/м2К.

1081504

Составитель t0.Лингарт

ТехредС.Мигунова Хорректор Г.решетник

Редактор В.Данко

Заказ 1538/37 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-. 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 чении времени выдержки 2-4 с значения коэффициента теплопередачи к воздуху практически остаются такими же, как и при 6, 8 и 10 с.

Использование предлагаемого способа по сравнению с известным обеспечивает уменьшение погрешности определения коэффициента теплопередачи.