Проточный калориметрический зонд

 

Изобретение относится к теплометрии и может быть использовано для измерения энтальпии (температуры) торможения высокотемпературных газовых потоков, например рабочих потоков аэродинамических установок с электродуговыми нагревателями газа. Цель - повышение точности измерения при одновременном уменьшении габаритов зонда. Проточный калориметрический зонд содержит корпус, выполненный в виде стакана с фланцем и крышкой, систему калометрирования и измерения расхода пробы газа. В носовой части корпуса имеется отверстие, соединенное дренажной пневмомагистралью с датчиком для измерения полного давления. В хвостовой части корпуса выполнены заборные отверстия, соединенные каналами, выполненными в стенке корпуса, с внутренней полостью корпуса зонда. В стенке корпуса имеется группа каналов, соединенных последовательно и подключенных к магистралям системы калориметрирования. В хвостовой части корпуса размещено расходомерное сопло, в отверстии которого расположены концентрично пневмомагистраль для измерения давления перед расходомерным соплом, пневмомагистраль к датчику измерения полного давления и термопара для измерения температуры газа перед расходомерным соплом. Термопары для измерения калориметрической жидкости размещены в магистралях системы калориметрирования. В требуемый момент зонд вводится в контролируемый поток. У поверхности корпуса зонда образуется пограничный слой. Газ, образующий пограничный слой, засасывается через заборные отверстия внутрь корпуса и одновременно калориметрируется. В учтенное тепло входит также транзистора часть

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 01 К 1 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6чЫ

ЮНП1

БКБ " >1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4166237/24-10 (22) 24.12.86 (46) 15.02,90, Бюл. Н 6 (72) В,П. Гордеев и Л.А. Гуськов (53) 536.6 (008.8) (56) Патент США М 3459040, кл. С 01 K 17/08, 1969.

Петров M.Ä., Сенн В.А. Калориметрические зонды для измерения температуры торможения и полного давления в плотных плазменных потоках. - Сб.

Теплообмен в высокотемпературном потоке газа. Вильнюс, 1972, с.23-25, (54) ПРОТОЧНЫЙ КАЛОРИМЕТРИЧЕСКИЙ

ЗОНД (57) Изобретение относится к теплометрии и может быть использовано для измерения энтальпии (температуры) торможения высокотемпературных газовых потоков, например рабочих потоков аэродинамических установок с электродуговыми нагревателями газа. Цель изобретения - повышение точности измерения при одновременном уменьшении габаритов зонда. Проточный калориметрический зонд содержит корпус, выполненный в виде стакана с фланцем и крышкой, систему калометрирования и измерения расхода пробы газа. В носовой части корпуса имеется отверс-. тие, соединенное дренажной пневмомаИзобретение относится к теплометрии и может быть использовано для измерения энтальпии торможения высокотемпературных газовых потоков, например рабочих потоков аэродинамических

„.SU„3 543253 A 1

2 гистралью с датчиком для измерения полного давления. В хвостовой части корпуса выполнены заборные отверстия, соединенные каналами, выполненными в стенке корпуса, с внутренней полостью корпуса зонда. В стенке корпуса имеется группа каналов, соединенных последовательно и подключенных к магистралям системы калориметрирования.

В хвостовой части корпуса размещено расходомерное сопло, в отверстии которого расположены концентрично пневмомагистраль для измерения давления перед расходомерным соплом, пневмомагистраль к датчику измерения полного давления и термопара для измерения температуры газа перед расходомерным соплом. Термопары для измерения налориметрической жидкости размещены в магистралях системы калориметрирования. В требуемый момент зонд вводится в контролируемый поток. У поверхности. корпуса зонда образуется пограничный слой. Газ, образующий пограничный слой, засасывается через заборные отверстия внутрь корпуса и одновременно калориметрируется. В учтенное тепло входит также та часть тепла, которую газ отдает при обтекании корпуса зонда. Тем самым исключается влияние на точность измерений притока

- "стороннего" тепла. 5 ил. установок с электродуговыми нагревателями газа.

Целью изобретения является повышение точности измерения при одновременном уменьшении габаритов зонда.

1543253

На фиг. 1 схематично представлен проточный калориметрический зонд; на фиг. 2 - свчение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. l.; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - сечение Г-Г на фиг. 1.

Проточный калориметрический зонд содержит корпус, выполненный в виде стакана 1 с фланцем 2 и крышкой 3., В дне 4 стакана 1 выполнено осевое дренажное отверстие 5 и тангенциально расположенные соединительные каналы 6. В крышке 3 выполнено осевое отверстие для размещения расходомерного сопла 8 и размещенные по диаметру симметрично относительно осевого

;отверстия 7 два отверстия 9.и 10 для подсоединения подводящих магистралей

ll и 12 с тангенциально расположенными каналами 13, В стенке канала по всей длине выполнены равноотстоящие чередующиеся первая группа каналов .14 и вторая группа 15,.а также радиальные заборные выемки 16, разме- 25 щенные перед фланцем 2. Каналы 14 первой группы соединены последовательно тангенциальными каналами 6 и

13 и подсоединены к подводящим магистралям 11 и 12. Каналы 15 второй Груп 3р пы одним концом подходят к заборным выемкам, а другим открыты во внутреннюю полость стакана l ° В расходомерном сопле 8 размещена первая пнев-. момагистраль 17, подсоединенная к 35 датчику расхода (не показано). Внутри первой пневмомагистрали 17 концентрично размещена вторая пневмомагистраль 18, одним концом сообщенная с дренажным отверстием 5, а дру- 40 гим подсоединенная к датчику измерения давления торможения, Кроме того, в пневмомагистрали 17 размещена .третья тернопара 19, с помощью которой производится измерение температуры пробы газа на входе в расходомерное сопло 8 второго расходомера.

Первая термопара 20 и вторая термопара

21 системы калорииетрирования размещены в подводящих магистралях 11 и 12, ко50 торые подключены к источнику калориметрической жицкости и первому расходомеру (расходомеры на чертежах не показаны) .

Проточный калориметрический зонд работает следующим образом.

После выхода аэродинамическои установки на соответствующий режим калориметрический зонд вводится на ось рабочего потока. В критической точке зонда устанавливается давление, которое в сверхзвуковом потоке соответствует давлению за прямым скачком уплотнения, У боковой поверхности зонда формируется пограничный слой, толщина которого зависит от числа

Рейнольдса набегающего потока. B условиях электродуговых аэродинамических установок пограничный слой практически всегда ламинарный. Образующий пограничный слой газа, обтекая поверхность зонда, отдает ему часть тепла и охлаждается, что учитывается калориметрической системой зонда. цалее газ пограничного слоя подходит к заборным выемкам и всасывается внутрь зонда. Всасывание газа происходит за счет перепада давлений у заборных выемок (равно давлению торможения за прямым скачком уплотнения) и на выходе расходомерного сопла (близко к статическому давлению в рабочем потоке). Через каналы 15 газ попадает во внутреннюю полость, зонда, окончательно охлаждаясь и отдавая свое тепло системе калориметрирования. для обеспечения измерения энтальпии торможения расход газа через заборные выемки должен быть как минимум равен расходу газа через пограничный слой. Цля гарантии этот расход необходимо взять несколько большим, что легко может быть обеспечено путем выбора проходных сечений заборных выемок 16 и каналов l5, которые должны превышать площадь поперечного сечения пограничного слоя, которую можно расчитать, в свою очередь, по толщине пограничного слоя для заведомо наиболее неблагоприятного случая (минимально ожидаемые значения чисел Рейнольдса).

Таким образом, весь газ, обтекающий зонд, будет введен в систему калориметрирования и измерения расхода, т.е ° поступающее тепло полностью учитывается.

Одновременно с измерением энтальпии торможения измеряется и давление торможения за прямым скачком уплотнения, образующегося у дренажного отверстия 5, что дает дополнительную информацию о потоке.

Таким образом, использование предлагаемого проточного калориметрического зонда позволит повысить точность измерения энтальпии торможения за счет полного учета теплосодержания

5 154 2 и количества газа, взаимодействующего с ним. Выполнение в корпусе каналов системы калориметрирования и вса сывания калориметрируемого газа позво5 ляет исключить защитные экраны, что приводит к уменьшению габаритов и повышению пространственного разрешения зонда, приводящее в конечном итоге к повышению точности. !О формула изобретения

Проточный калориметрический зонд, содержащий корпус с заборным отверстием, подводящие магистрали, первый расходомер, первую и вторую термопары и второй расходомер, включающий в себя расходомерное сопло, первую дренажную пневмомагистраль и третью тер- 2О мопару, отличающийся тем, что, с целью повышения точности изме" рения при одновременном уменьшении габаритов зонда, в него введена вторая дренажная пневмомагистраль, кон- 25 центрично размещенная в первой дренажной пневмомагистрали, при этом корпус выполнен в виде стакана с

53

6 фланцем и крышкой, в дне которого выполнены осевое дренажное отвЕрстие, сообщенное с второй дренажной пневмомагистралью, и соединительные каналы, расположенные тангенциально, а в крышке стакана выполнены осевое отверстие для расходомерного сопла, два симметричных относительно него от" верстия для подсоединения подводящих магистралей и тангенциально расположенные соединительные каналы, в стенке канала по его длине выполнены продольные каналы, чередующиеся между собой с образованием двух групп, и радиальные заборные выемки перед фланцем, причем каналы первой группы свя-. заны между собой соединительными каналами и подсоединены к подводящим магистралям, каналы второй группы одними концами сообщены с заборными выемками, а другими — с внутренней полостью корпуса, первая и вторая термопары размещены в подводящих магистралях, а третья термопара - в первой дренажной пневмомагистрали, установленной своим концом в расходоис, Г- Г

Составитель В.Ярыч

Техред М. Ходанич Корректор 3. Лончакова

Редактор Ю.Середа

Заказ 393 Тираж 491 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