Способ экспериментального определения электрических параметров высокотемпературных газовых струй и устройство для его осуществления

 

Использование: в области экспериментального исследования высокотемпературных газовых струй, в которых возможна ионизация рабочего тела. Сущность изобретения: две пары сеточных электродов, выполненных в форме плоских пластин, располагают параллельно друг другу и оси струи, электрически изолируют друг от друга и от корпуса устройства, из которого истекает газовая струя, два электрода соединяют с разными полюсами источника постоянного тока, перемещают электроды в струе и измеряют разность потенциалов между двумя другими электродами. 2 с. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области экспериментального исследования высокотемпературных газовых струй, в которых возможна ионизация рабочего тела.

Известен способ экспериментального исследования высокотемпературных газовых струй с помощью термоэлектрического преобразователя (термопара), позволяющий определять такой важный параметр струй, как температура.

Известен экспоненциальный калориметрический способ определения удельных тепловых потоков (выбранный в качестве прототипа), заключающийся в том, что при небольших размерах нагреваемого элемента, вводимого в струю и выполненного из материала с высокой теплопроводностью, скорость изменения температуры в любой точке элемента может служить мерой определения величины удельного теплового потока.

Известное устройство определения удельных тепловых протоков, выбранное в качестве прототипа заявляемого устройства, состоит из нагреваемого элемента, в который заделана термопара.

Недостаток известного способа и устройства заключается в том, что он является инерционным, что не позволяет получать значения удельных тепловых потоков в виде непрерывной зависимости от координаты. Другим недостатком этого способа является ограниченное время пребывания в высокотемпературной газовой струе.

Цель изобретения расширение числа измеряемых параметров газовой струи и получение зависимости измеряемого параметра в виде непрерывной функции от координаты.

Указанная цель достигается тем, что две пары сеточных электродов, выполненных в форме плоских пластин, располагают параллельно друг другу и оси струи, электрически изолируют друг от друга и от корпуса устройства, из которого истекает газовая струя, два электрода соединяют с разными полюсами источника постоянного тока, перемещают электроды в струе и измеряют разность потенциалов между двумя другими электродами.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 осциллограммы с записью разности потенциалов Δϕ, снимаемой с двух электродов, обтекаемых высокотемпературной газовой струей.

Из устройства 1 с продольной осью 2 истекает высокотемпературная газовая струя 3 параллельно оси 2 и попадает на устройство экспериментального определения такого параметра струи, как разность потенциалов между двумя продольными сечениями струи.

Устройство состоит из четырех параллельных друг другу и оси ОО сеточных электродов 4, 5, 6, 7, выполненных из плоских сеток жаропрочного и жаростойкого материала. Длина электродов больше диаметра струи. С обоих концов электроды разделены пластинами 8, 9, 10 и 11, 12, 13 из диэлектрика. С помощью внешних диэлектрических пластин 14, 15 и 16, 17 и резьбовых соединений 18, 19, 20, 21, 22, 23 электроды стянуты между собой. Резьбовое соединение обеспечивает набору электродов жесткость и необходимый зазор между электродами.

В диэлектрической пластине 12 проходит ось 24 (ось 0₁0₁) электродвигателя 25 с редуктором (на фиг. 1 редуктор не показан). Оси 00 и 0₁0₁ параллельны друг другу. Электроды 4, 6 соединены с разными полюсами источника постоянного тока 26. Электроды 5, 7 электрически соединены с усилителем-выпрямителем 27 и далее с регистрирующим прибором 28.

Предлагаемый способ с помощью описанного устройства реализуется следующим образом.

Истекающая из устройства 1 параллельно его оси 2 высокотемпературная струя 3 за счет ионизации ее рабочего тела содержит в самом общем случае, свободные электроны, положительные и отрицательные ионы. Поскольку электроды 4, 6 подсоединены к разным полюсам источника постоянного тока, то между этими электродами создается электрическое поле, напряженность которого при малых расстояниях между электродами может быть очень большой. Положительные и отрицательные заряды, имеющиеся в газовой струе, попадая в электрическое поле электродов 4 и 6, под действием кулоновских сил этого поля начинают двигаться в противоположных направлениях, перпендикулярных оси OO: положительные ионы к отрицательно заряженному электроду 6, а отрицательные ионы к положительно заряженному электроду 4. Если с помощью электродвигателя 25 и редуктора (на фиг. 1 редуктор не показан) привести электроды в периодическое движение как показано стрелкой 29, то между электродами 5 и 7 возникает разность потенциалов Dv, которая усиливается и выпрямляется с помощью усилителя-выпрямителя 27 и регистрируется прибором 28. Например, при движении электродов по часовой стрелке разность потенциалов Dv между электродами 5 и 7 создается следующим образом: положительные и отрицательные заряды струи проходят сквозь электрод 7; далее заряды струи проходят сквозь электрод, который нейтрализует все попавшие на него положительные заряды; следовательно, после электрода 6 в струе окажется избыток отрицательных зарядов, которые контактируют с электродом 5, что и создает разность потенциалов электродами 5 и 7.

Еще более эффективно способ реализуется при движении устройства против часовой стрелки (фиг. 1): электрод 4 будет нейтрализовать отрицательные заряды струи, а электрод 6 будет нейтрализовать положительные заряды струи; следовательно, электрод 5 будет обтекаться струей с избытком положительных зарядов, а электрод 7 будет обтекаться струей с избытком отрицательных зарядов и в результате между электродами 5 и 7 появится большая величина разности потенциалов Dv.

Устройство можно перемещать в струе все время против часовой стрелки, для чего необходимо всему устройству придать вращательное движение, а электрическое соединение источника постоянного тока 26 и усилитель-выпрямитель с соответствующими электродами следует осуществить с помощью щеток.

Если электроды 5 и 7 изготовить в виде совокупности электродов, разделенных зазорами, параллельными оси устройства, из которого истекает струя, то окажется возможным измерять разность потенциалов одновременно в нескольких сечениях газовой струи. Минимальные размеры электродов выбираются из условий каждой экспериментальной задачи и могут составлять по длине несколько миллиметров.

На фиг. 2 представлены копии осциллограмм с записью разности потенциалов Dv между двумя электродами и давлением в камере сгорания Pк в функции времени. Результаты, представленные на фиг. 2, получены при огневых испытаниях специально созданного газогенератора, аналогичного описанному в 3 и работающему на углеводородном топливе. Распределение величины Dv по сечению камеры сгорания оказалась близка к полученному в 3 распределению удельных тепловых потоков.

Использование способа экспериментального определения параметров высокотемпературных газовых струй обладает по сравнению с существующими следующими преимуществами.

1. Способ позволяет определять такой важный параметр газовой струи, как разность потенциалов Dv между двумя малыми объемами струи; 2. Способ позволяет получать зависимость разности потенциалов Dv в виде непрерывной функции от координаты; 3. Если для одной струи экспериментально определить в одних и тех же ее точках значения разности потенциалов Dv, температуры Т, удельного теплового потока g и построить графические зависимости Dv=f(x), T f(x), g f(x), где x координата, то определяя предлагаемым способом лишь значения Δϕ f(x) можно по графическим зависимостям определять и значения Т и q также в виде непрерывных функций T f(x) и q f(x).

Формула изобретения

1. Способ экспериментального определения электрических параметров высокотемпературных газовых струй, заключающийся в размещении нагреваемого элемента в высокотемпературной газовой струе и анализе изменения его состояния во времени, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона и получения функциональной зависимости во времени измеряемых параметров, в качестве нагреваемого элемента используются две пары плоских сеточных параллельных электродов, электрически изолированных и расположенных в направлении высокотемпературной газовой струи, которые периодически перемещают перпендикулярно газовой струе с одновременным измерением разности потенциалов между одной парой электродов, на другую пару электродов одновременно подают постоянный ток.

2. Устройство для определения электрических параметров высокотемпературных газовых струй, содержащее четыре электрода, источник постоянного тока, выпрямитель, усилитель и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью увеличения информативности измеряемых параметров газовой струи, первый и третий электроды, выполненные в виде плоских сеточных электродов, подключены к источнику постоянного тока, выпрямитель, усилитель и регистрирующий прибор подключены к второму и четвертому электродам, которые выполнены в виде совокупности электродов, разделенных зазорами, параллельными направлению газовой струи, причем каждая образовавшаяся пара электродов, расположенных напротив друг друга, соединена с регистрирующим прибором.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2