Способ определения тепловых сопротивлений

 

Изобретение относится к теплофизическому приборостроению, теплоэнергетике, энергомашиностроению и может быть использовано для определения тепловых сопротивлений деталей приборов и элементов конструкций с одномерным полем температур и теплоотдачей от боковой поверхности в окружающую среду, различных узлов и соединений. Целью изобретения является повышение точности определения тепловых сопротивлений. Измерения тепловых потоков и температур на каждом торце исследуемого объекта проводятся дважды при различных значениях мощности источника (стока) теплового потока. Тепловые сопротивления вычисляются по формулам, приведенным в тексте описания. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5!) 4 1= 0 1 К 1 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " 4л /

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А ВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4273111/31-10 (22) 27,05.87 (46) 15.12.89. Бюл. 1 46 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) Ю,П,Заричняк, Е,Д,Ушаковская, и И,А.Мигитко (53) 536„6(088,8) (56) Швец И.Т., Лыбан Е,П, Контактный теплообмен в деталях турбомашины„

В кн. Воздушное охлаждение газовых турбин. Kvåâ; иэ-во Киевского университета, 1959, с. 351.

Шлыков Ю.П.-, Ганин Е.А., Царевский С.Н, Контактное термическое сопротивление, М,: Энергия, 1977, с, 39-47.

Изобретение относится к теплофизическому приборостроению, теплоэнергетике, энергомашиностроению и может быть использовано для определения тепловых сопротивлений объектов с одномерным полем температур с теплоотдачей от их боковой поверхности в окружающую среду, Целью изобретения является повышение точности определения тепловых сопротивлений, что в свою очередь. позволяет более точно рассчитывать температурные поля и тепловые потоки объектов, в которые испытуемый объект входит сос тавной частью.. ЯО 1529057 А 1

2 (54) СПОСОБ OIIPFJIFJIFН1Я ТЕПЛОВЫХ.СОПРОТИВЛЕНИЙ (57) Изобретение относится к теплофиэическому приборостроению, теплоэнергетике, энергомашиностроению и моможет быть использовано для определения тепловых сопротивлений деталей приборов и элементов конструкций с одномерным полем температур и теплоотдачей от боковой поверхности в окружающую среду, различных узлов и соединений. Целью изобретения является повышение точности определения тепловых сопротивлений. Измерения тепловых потоков и температур на каждом торце исследуемого объекта проводятся дважды при различных значениях мощности источника (стока) теплового потока, Тепловые сопротивления вычисляются по формулам, приведенным в тексте описания, 2 ил.

На фиг.! показано устройство, реализующее способ измерения тепловых сопротивлений; на фиг,2 — схема замещения исследуемого объекта.

Установка состоит из источника питания 1, нагревателя 2, двух термопар 3, двух тепломеров 4, исследуемого объекта 5, измерительного прибора 6, переключателя 7, основания 8, являющегося стоком тепла.

Сопротивления R,-9, К -10, К, -11 соответствуют тепловым сопротивлениям между торцом тела и окружающей средой, противоположным торцом и окружающей средой, между тор11вм11 тела. Эти со1529057

20 где х — координата, вдоль которой изменяется температурное поле; 6 (х) перегрев тела в точке х относительно температуры окружающей среды;

А,(х), А (х), А з(х) — функции, зави- 25 сящие от формы области.

На основании решения уравнения (1) с учетом граничных условий можно записать уравнения, связывающие разности температур QI и 9 между торцами и окружающей средой, а также потоки Р< и Р через них.

Тепловые сопротивления схемы замещения определяются из решения системь| четырех уравнений, выражающих зависимость тепловых потоков через

35 противоположные торцы объекта от разности температур, 6,, 9 для двух измерений:

R, = (0 l /(Р, О -Р, К Е )

i(e, RÄ= (el /(Р,e, -Е, P,)

68 =е -е, ье = 6, — 9, 40 (2) 45

1Е1 =H,e,— 9, g, gP=P -P, gp =p p, Узлы и соединения различнь|х деталей приборов и элементов конструкций с одномерными температурными поля-50 ми и теплоотдачей от боковых поверхностей элементов представляют, как правило, систсму последовательных и параллельных соединений этих элементов. 55

В теории электрических цепей показано, что последовательное и параллельное соединения четырехполюсников представляет собой также четырехцолюспротивления зависят от формы, размеров тела, теплопроводности, контактного сопротивления элементов, коэффициента теплоотдачи с боковой поВр.рхнОс ти °

Изобретение связано с особенностями описания процессов теплообмена в деталях приборов и элементах конструкций, имеющих одномерное темпера- 10 турное поле и с теплоотдачей от боковой поверхности, Такие объекты относятся к классу объектов с распределенными параметрами, тепловой режим которых описывается обыкновенным дифференциальным уравнением второго порядка вида:

16 d6

А (х) — — +А (x) — + А (х)=О (1) с1х 2 1х Э ник, параметры которого являются функциями соответствующих параметров элементарных четырехполюсников. Такой составной четырехполюсник может быть отображен в виде той или иной схемы замещения. Таким образом, рассмотренный выше способ определения тепловых сопротивлений отдельных деталей приборов и элементов конструкций может быть применен для узлов, представляющих собой последовательно-параллель» ное соединение этих узлов.

Создаваемый тепловой поток через один из торцов приводит к изменению температуры испытуемого объекта, что в свою очередь приводит к изменению теплопроводности Ъ материала и коэффициента теплоотдачи IIII. от боковой поверхности. Изменение указанных параметров может привести к погрешности в определении тепловых сопротивлений

R R .и R «, которые зависят от ф и ф .

Поэтому необходимым условием для обеспечения требуемой точности определения тепловых сопротивлений является ограничение температуры испытуемого объекта в эксперименте °

Пусть б — допустимая относительная погрешность определения тепловых сопротивлений. Изменение g К ° (i=1 2, 12) сопротивления за счет изменения температуры Т объекта равно

«аК;

ДТ

Эк; где — — — производная i-го сопротив37 ления по температуре; Т вЂ” изменение температуры Т объекта относительно номинального значения Т которое имеет объект в ком s условиях эксплуатации, т.е.

Т м

Относительная погрешность определения 1-го сопротивления равна

КК 3К; (Т вЂ” Т ) (4)

R ° дТ ном °

HQIN <

Относительная погрешцость для всех трех сопротивлений не д<>лжпа превышать допустимой величипы, т.е. макс — — Т вЂ” Т I) E . (5)

d R« дТ яО М

Откуда (т -т, „ I i мин {ER„„ i3R;1

15290

Допустимое значение погрешности 5

g выбирается с учетом погрешности измерения температур и тепловых потоков.

3 R»

Производные -,с — — могут быть определе д Т ны аналитически для тел простой формы

10 (цилинд1»ов, дисков и др.) либо экспериментально. В последнем случае измерения тепловых потокон и темпер". тур производят для трех значений мощности теплового потока„ Тепловые соп15 ротивления рассчитывают по формуле (2) для первых двух значений мощности и для последних двух. Если рассчитанные тепловые сопротивления отли20 чаются незначительно, то условие (5) выполняется„ В протинном случае необходимо уменьшить мощность и эксперимент повторить

Способ использовался для определения тепловых сопротивлений элементов сложной формы конструкций различнь|х оптических приборов, н частности кронштейна телевизионной узкоугольной камеры Вега, 1 сследуемый кронштейн имеет сложную форму и рассчи|ать его сопротивление с учетом боковой тепло30 отдачи не представлялось возможным, Установка (без измерительной аппаратуры) помещалась н тепловакуумную камеру. 35

В камере имитироналис(условия (температура, давление и чернота ) космического пространства. Сигналы от термопар и тепломеров через разъем камеры поступали на v.çìåðèòåëüíûå приборы. Измерения проводились при двух значениях мощности нагревателя I, : и 3,4 Вт. При каждом значении мощности измерения тепловых потоков и температур проводились IIo достижении ста- 45 ционарного состояния, Далее ио форпературных и тепловых потоков телекамеры.

Для этого >.е кронштейна or.ðåäåëÿлись тепловые сопротивления го способу-прототипу (,. изоляцией (оковой» понерхнос ти), Лцалйз показал > что такое определен е то .лоных сопротивлений приводит к п< решности определемулам, приведенным н заявке, рассчитывалисьь с опро ти вле ния схемы з амещения кроншт ейца. 1! лученные сопротивления использон;iëèñü при расчете тем- 0

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ определения тепловых сопротивлений объектов в стационарном режиме, заключающийся в том, что создают тепловой поток через одну из торцовых поверхностей испытуемого объекта, измеряют тепловые потоки через, две противоположные поверхности объекта и перепады температур между этими поверхностями и температурой окружающей среды, о т л и чающий с я тем, что, с целью повышения точности за счет учета зависимости условий теплообмена и теплофизических свойств объекта от температуры, измерения проводят дважды, при двух значениях соз-. даваемого теплового потока, при которых температура Т испытуемого объекта в каждом из измерений удовлетворяет условию ((Т Тц )(MHH с R„ / р ) )

3R 1 где Т вЂ” номинальная температура ном объекта в условиях эксплуатации; допустимая относительная погрешность определения тепловых сопротивлений; номинальные значения тепловых сопротивлений, i=1,2,12;

НО@ <

Ь а

ЭТ производные тепловых сопротивлений по температуре, сопротивления вычисляют по а тепловые формулам

57 6 ния температур элементов оптической системы в 347. и тепловых потоков бо" лее чем в 130Х, что является недопустимым для оптических приборов, Способ позволяет уменьшить погрешность определения тепловых сопротинлений до = 10K (эта величина определяется погрешностью измерения температур и тепловых потоков), благодаря чему появилась возожность снизить погрешность расчета температурных полей, обусловленную погрешностью определения тепловых сопротивлений до пренебрежимо малой величины (менее 2X).

1529057

AP =Р -Р, где К, R репады температур относительно окружающей ми.

Корректор Э.Лончакова

Заказ 7840/36 Тираж 573 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. ужгород, ул. Гагарина,,101 тепловые сопротивления между торцовыми поверхностями и окружающей средой тепловые потоки и пеСоставитель А.Шевченко

Редактор Н.Горват Техред М.Ходанич среды и торцовых поверхностей объекта;

1 t !

Р,Р, 9,, 9 — то же, при втором значении мощности теплового потока; тепловое сопротивление объекта между противоположными поверхностя