Способ определения лучистой составляющей теплового потока в высокоэнтальпийном газе

 

Изобретение относится к технике теплофизических измерений. Целью изобретения является повышение точности определения лучистой составляющей теплового потока. Датчик, изготовленный из кварцевой стеклокерамики, взвешивают до нагрева и после нагрева в газе, удаляют пленку расплава с боковой поверхности и опять взвешивают и рассчитывают лучистую составляющую теплового потока Q<SB POS="POST">л</SB> по формуле (Q<SB POS="POST">л</SB> = 1,42 (δ/G<SB POS="POST">н</SB> - G<SB POS="POST">к</SB> -0,1)QΣ, где G<SB POS="POST">н</SB> - начальный вес датчика

G<SB POS="POST">к</SB> - вес датчика после удаления пленки расплава

QΣ - суммарный лучисто-конвективный тепловой поток

δ - вес пленки расплава. 2 ил., 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (l l) (5D 4 G 0 l K 17/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБР(ЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ П(НТ СССР

И А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ с (21) 4271978/24-10 (22) 01.06.87 (46) 30.11,89. Бюп. У 44 (71) Институт проблем материаловедения АН УССР (72) Г.А.Фролов, АВ.Чоба, В.В.Пасичный, А.Ф.Клишин, В.Я,Бережецкая и Б, В.Шурыгин ° (53) 536.53(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 201732, кл, С 01 К 17/08, 1967, Авторское свидетельство СССР

В 1203380, кл. G 01 К 17/08, 1986, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛУЧИСТОЙ СОСТАВЛЯКЩЕЙ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА В ВЫСОКОЭНТАЛЬПИЙНОМ ГАЗЕ (57) Изобретение относится к технике

Изобретение относится к технике теплофиэических измерений и может найти применение при исследованиях высокотемпературных газовых потоков, Цель изобретения — повышение точ.ности определения лучистой составляющей теплового потока.

На фиг.1 показана зависимость коэффициента газификации кварцевого стекла (точка 1), чистой и легиро-, ванной керамики (точки 2,3) от энтальпии заторможенного потока в диа5 паэоне 10 — 3,5 10 Па на фиг ° 2

Б зависимость относительной доли лучистого теплового потока от величины уменьшеьия коэффициента газификации (прямая — обработка по методу наименьших квадратов, точки - эксперимент) теплофизических измерений, Целью изобретения является повышение точности определения лучистой составляющей теплового потока. Датчик, изготовленный из кварцевой стеклокерамики, взвешивают до нагрева и после нагрева в газе, удаляют пленку расплава с боковой поверхности и опять взвешивают и рассчитывают лучистую составляющут теплового потока q по

3 формуле q = 1,42 (=------- — .О, 1) q

Сн Ск где Gн — начальны" ; G вес датчика после удаления пленки расплава; q — суммарный лучисто-конвективный тепловой поток; о — вес ппенки расплава, 2 ил., 3 табл.

Способ основан на зависимости коэффициента газификации кварцевой стек локерамики от энтальпии торможения и лучистой составляющей теплового по- Щ тока, установленной экспериментально. „ф

С целью определения коэффициента газификации Г исследовались образцы кварцевого стекла, чистой и легированной окисью хрома кварцевой стеклокерамики в струе электродугового подогревателя газа, на установке совместного радиационно-конвективного нагрева и в сверхзвуковой струе газогенератора, работающего на топливе керосин — кислород.

Режимы испытаний датчиков из материалов на основе кварцевого стекла приведены в табл,1, 1525483

Взве33333вание образцов с пленкой рлсцпавл С„и без нее С„дает возможность определить коэффициент газьф33к,3ц3ш, который рассчитывается па фсрму33е

GQ СП

à = -- — -- )

Сн Ск где G начальный вес датчика.

Точность определения коэффициента глзифпклцпи в значительной степени за3»IcII ст количества материала, у33есс3333сгс потоком газа в жидком или твердом состояниях. Однако результаты нагрева образцов в струе газогенератор л (режим 1) показывает, что даже если предположить в этих услоI,-«nx =О, тс и в этом случае укос массы потоком газа не превышает 101, В дозвуковой струе эпектродугового псдсгреватепя динамическое давление было почти нл двл порядка меньше,чем

33 струе, глзсгеце. СледовательIio, высскля вязкссть IIJILHKII расплава квлрцевсгс стекла и кварцевой стеклоКс!pàIIIIêII в таких успсп33ях нагрева практически искппочлет срыв ппеIIKII с боковой поверхности образца.

Определение ксэфф3щ33е33тл глзпфпклцпи I3 струе глзаге»ерлтсрл проводи»ась в,3»лплзане времени нагрева

4-30 ", 11;i:подение процесса сплавпе»ия, се с тi поверхности сбрлзцoB после пс-.ытл»пй и их взвешивание с пленкой рлсгплвл С„ и без нее GI позволили сдепл 83 3383нсд с том, чта на образплх чистой квлрцсвсй стекпакерлмнки дс 15 с нагрева унссл материл»л потоком глзл не происходит. На образцах легированной керамики срыва пленк33 с боковой пагерхнасти не наблюдалось дс 30 с нагрева, Отсюда следует, что IIpII повышенн длвленпях газсвагс пстскл дпя определения ксэффпц33ентл газификации следует использовать пег33рсвл.3ную керамику и сократить время эксперимента, Экспериментальные данные на фиг.1 харашо лппрсксимиру3отся уравнением

Г = -7,38 10 Ie + 2,177 ° 10 Те

8 2

4. — 0,735, где Те — энтлльппя заторможенного потока, кДж/кг.

Пз апг.1 видно, чта коэффициент г;lçIIôIiêлции монотонна возрастает при уве»нчснии энтальпии торможения и в преде-3лх погрешности эксперимента не зависит ст ппат3;асти и степени проз5

40 рачности материала (легированную окисью хрома кварцевую керамику в условиях конвективного нагрева можно с п3тать непрозрачной) . Пористость образцов кварцевой стеклокерамики, изготовленных из шликера прозрачного стекла, находилась в пределах 10-12Х.

Результаты определения коэффициента газификации при конвективном нагреве приведены в табл.2.

Из табл.2 следует,. что коэффициент газификации при постоянном значении энтальпии торможения не меняется,даже если при этом изменяется температура поверхности и тепловой поток °

Численные расчеты показывают, что изменение давления торможения в

1000 раз (ат 10 до 10 Па) приводит

3 6 к изменению коэффициента газификации не более, чем на 207, поэтому влиянием давления в исследуемом диапазоне можно пренебречь. Этим же расчеты дают значение максимального коэффициента газификации 0,9. Сильное изменение коэффициента газификации происходит в диапазоне энтлпьпии торможения

4000-1500 кДж/кг. При этом коэффициент r«"".çèôèêàöèè возрастает от 0,1 да 0,87 (фиг ° 1) и в дальнейшем практически не меняется. Поэтому максимальное значение Г принимают равным

-0,9, Дня определения зависимости коэффициента Г ат доли лучистой составляющей теплового потока образцы стекпоксрамикп испь3тывались при постоянном знлчеш3и энтальпии торможения (P emrI II I 6-8, 10, 11) .

Р елул ьт аты определения ко эффици ента глзификации при совместном радиационно-кснвективном нагреве, приведеIIII в тлбп.3 и на фиг.2, Полученная на установке совместнога рлд33ацнанно-конвективного нагрева зависимость па результатам испытаний образцов легированной кварцевой керамики приведена на фнг.2 (прямая 1 обработана по методу наименьших квадратов, точки — эксперимент) .Из фиг.2 видно, чта коэффициент газификации уменьшается прямо пропорционально увеличению доли лучистой составляющей теплового потока. Это происходит за счет уменьшения градиента температуры у поверхности, а следовательно, уноса большей доли материала с пленкой расплава.

5 15254

Обработка результатов, представленных на фиг.-2, по методу наименьщих квадратов позволяет для расчета лу-, чистой составляющей предложить формулу в виде

5 о

l 42q (— — — — — О 1) л ag-G н где q - суммарный тепловой поток,"

G,G„ - начальный и после удаления lp пленки раеплава вес датчи1ка1

- вес пленки. расплава.

83 6 датчика, обладает явным преимуществом перед другими способами.

Формула и з о б р е т е н и а

Способ определения лучистой составляющей теплового потока в высокоэнт альпийном rase, заключаквцийся в том, что датчик моделирующий форму исследуемого изделия, помещают н газ, измеряют суммарный тепловой лоток, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности, предварительно измеряют вес датчика, изготовленного из кварцевой керамики, а после нагрева датчика в газе удаляют с боковой поверхности датчика пленку расплава, измеряют ее вес и вес датчика после удаления пленки и определяют лучистую составляющую теплового потока по формуле

q l,42 (— — — — 0,l)q и G- G„ и где п - лучистая составляющая теплового потока;

q — суммарный тепловой поток;

Са — начальный вес датчика;

С „- вес датчика после удаления пленки расплава; ц - вес пленки расплава.

Однозначная зависимость коэффициен«15 та газификации от доли лучистой составляющей теплового потока при Ie >

> 1 5000 кДм/кг является основой предлагаемого способа. Наиболее целесообразно применение данного способа в высокоэнтальпийных газовых потоках, когда коэффициент газификации в условиях только конвективного нагрева достигает практически предельного значе ния 0,9 . В этих условиях выделение лучистой составляющей представляет,. наибольщий интерес. Однако из-за высоких значений суммарного теплового потока осложняется применение даме водоохламдаемых датчиков. Поэтому предлагаемый способ, основанный на

30 измерении доли испарения материала

Таблица l

Режим пк, q„, Ie, Ре 10, (Ы/Cp), кВт/м квт/м кДж/кг Па кг/м с

15400

10500

8400

2

4

6

8

ll

12

19500.3,5

1,028

1,027

1,032

1,045

1,028

1,028

1,028

1,03

1,047

1,047

1,054

1,063

3,34

0,87

0,86

0,94

1,03

0,89

0,89

0,89

0,97

0,87

0,87

1618

1,3

1525483

Таблица 2

Режим

Материал

Т,„, Ie, К ко/кг

Чк

Вт/м

1 Легированная Чистая

Кварцевое стекло

2 Легированная !

Чистая

Кварцевое стекло

3 Легир ов анн ая

4 Ле гир ов анн ая

Чистая

Кварцевое стекло

5 Легированная

6 Легированная

9 Легированная

Чи с и ая

Кварцевое стекло

Чистая

Легированная

Легированная

14700 2600

14700 2450

14700 2360

5850 2490

5850 2480

5850 2370

760 2650

7650 2620

7650 . 2620

7650 2590

10500 2710

10500 2840

11500 2800

11500 2710

11500 2660

12600 2840

14000 2820

19500 2900

4700 О, 1

4700 < 0,1

4700 с 0,1

7200 0,46

7200 0,48

7200 0,45

7400 0,49

8600 0,57

8600 0,61

8600 0,58

10600 0,72

12300 0,83

12300 0,82

12300 0,83

12300 0,80

15000 0,88

12300 0,81

15400 0,87

12

4+х-, Легированная кварцевая стеклокерамика (О 5X Cr О ) t 3 1иетан кHëðöåâàÿ стекнокерамика, Таблица 3

G„10. Gq 10 о 10 е кг кг кг

Режи t Дат-, -.— к, У

qK j jЧл х кВт/и кВт/и

3,5504

2,8623

3,3578

3,2642

3,4361

3,6236

4,4367

1,7294

2,6565

2,5616

3,3771

3,6984

2,3979

5,1517

4,6646

5,3892

4,6911

3,9333

3,9166

3,8948

3,6844

3,8768 . 3,5567

3,7971

3,7734

3,1292

3,9748

3,9848

3,6283

7,5241

7,4544

7,8663

1 10500 5200

3

7 4

6

8

8 10 10500 ) 0500

11

12

13

14

11 15 12600 8400

4,0461

3,3204

3,5832

3,5186

3,5358

3, 7201

3,4895

2 8064

2,2076

2,8331

3,6720

3,8471

3,0622

6, 1020

5,7482

6,3754

0,57

0,47

0,6

0,6 0,83

0,6

0,62

0,59

0,48

0,51

0,52 0,83

0,5

0,48

0,46

0,6

0,61 0,89

0,6

1525483

ОЯ

42

Фигl

i-r, Составитель Ю.Аицрианов

Техред Л. Сердюкова Корректор ТИялен

Редактор И.Келемеш

Заказ 72 l0/34 Тираж 573 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

i13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул. Гагарина, ii 1