Устройство для измерения энтальпии высокотемпературного потока газа

 

ОП САНИЕ (i 0 52497 9

Соки Советских

Социалистических

Реслублик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное z авт. свид-av (22) Заявлено 02.10.74 (21) 2065077/10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.08.76. Бюллетень № 30

Дата опубликования описания 06.10.76 (51) М. Кл.- G 01К 17/02

Государственный комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений (53) УДК 536.623(088.8) н открытий ! (72) Авторы изобретения

А. С. Сергеев, Ю. H. Воронцов и О. В. Иноземцев (71) Заявитель

Государственный научно-исследовательский энергетический институт им. Г. М. Кржижановского (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭНТАЛЬПИИ

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО flOTOКА ГАЗА

Изобретение относится к области определения температуры нагретого газа (до 1500"К) путем измерения его энтальпии в широком диапазоне скоростей (от звуковых до сверхзвуковых) .

Известно устройство для измерения энтальпии высокотемпературного потока газа (1).

Устройство содержит заборную трубку с рубашкой охлаждения, дифференциальную термопару, клапан для перекрывания газового потока.

11ри определении энтальпии потока известным зондом принимают, что внешний тепловой поток при открытой и закрытой заборной трубке остается постоянным. Ы действительности же в области отборного отверстия при отборе и без отбора струйки газа из основного потока гидродинамика потока различна и, следовательно, внешнии тепловой поток неодинаков. Это приводит к значительной погрешности измерения (например, при скорости основного потока 200 м(сек и скорости в заборном отверстии 100 м/сек ошиока в измерении составляет 20% ) . 11ри сверхзвуковых скоростях разница в гидродинамике настолько велика, что зонд известной конструкции уже не применим.

Кроме того, известный калориметрический зонд обладает низкой чувствительностью, обусловленной малой величиной полезного сигнала — теплосодержания отбираемого газа по сравнению с внешним тепловым потоком.

Для повышения чувствительности и точности измерения преимущественно в сверхзвуковых потоках предложенное устройство снабжено дополнительной заборнои трубкой, расположеннои симметрично основной и имеющей с ней общее заборное отверстие, и трубкой подвода жидкости к рубашкам охлаждения

10 основной и дополнительной заборных трубок, на выходах которых установлены спаи дифференциальной термопары, при этом ось трубки подвода жидкости и ось заборного отверстия расположены в плоскости, перпендикулярной

15 заборнои трубке.

На чертеже изображена схема предложенного устройства, где 1, 2 — газоотборные трубки; 3 — электроклапан; 4 — газоотборное отверстие; 5 — рубашка охлаждения, общая для

20 обеих газоотборных трубок, 6 — трубка подвода охлаждающей жидкости в рубашку охлаждения; 7 — штуцер выхода охлаждающей жидкости из зонда, в котором размещены шайбы 8, уравнивающие расход охлаждающей жидкости в обеих половинах зонда; 9— чувствительные элементы (спаи электродов)

5-ти спайной дифференциальной термопары, конструктивно представляю цей собой термоэлектродную проволоку, наклеенную на столбик из диэлектрика; 10 — сальниковые уплот524979 нения; 11 — проволочная спираль, вставляемая в газоотборную трубку для развития теплообменной поверхности.

Зонд работает следующим образом.

Газ из измеряемого потока засасывается через газоотборные чрубки 1 и 2. Направление отбора меняется клапаном 3. В результате непрерывного отбора гидродинамика обтекания зонда в районе газоотборного отверстия 4 не меняется. Температуру газа на выходе из рубашки охлаждения б не измеряют, как в известной конструкции. Вместо этого путем увеличения теплообменной поверхности газ охлаждают до температуры порядка 50"С. Г(ри этой температуре ошибка ее определения в 20% при температуре основного потока

3000"К соответствует ошибке определения энтальпии в +-0,5%. Г1оэтому температура газа на выходе из рубашки считается равной 50 С.

Охлаждающая жидкость поступает в рубашку охлаждения 5 по трубке b и раздваивается на два потока, которые покидают зонд через выходные штуцера 7. Расходы жидкости — — через обе половины зонда выравни т

2 ваются регулировочными шайбами 8 с целью измерения одного суммарного расхода. На выходах обоих потоков жидкости имеются чувствительные элементы 9 дифференциальной термопары, измеряющей разность нагрева охлаждающей жидкости в обеих половинах зонда.

Ы одну его половину от внешнего потока поступает количество тепла Q, в другую — Мь.

В зависимости or направления отбора газа к количеству тепла одной половины газа (то к ()„ то к Qqj дооавляется количество тепла от засасываемой струйки газа. 11ри этом разность Q, — Q> из-за непрерывности отбора остается постоянной. 1огда разность показаний дифференциальной термопары при разных направлениях отоора газа соответствует 2 .

Количество тепла q, отнесенное к расходу отбираемого газа (i q, есть его энтальпия при температуре потока.

Тепловой баланс в обоих замерах выражается уравнениями (Q. + q) — Q, = С Т„

q„— (q,+q) =; c,ит„ где Ср — теплоемкость охлаждающей жидкости, откуда энтальпия газового потока

1=C. (, 46

Таким образом, наличие дополнительной заборной трубки с самостоятельным охлаждением и измерением разности теьператур на выходе двух потоков охлаждения повышает чув1р ствительность предложенного устройства и точность измерения. Чувствительность известного устройства

Qa+ Яь

15 а предложенного в районе заборного отверстия при производстве обоих замеров. Это устраняет методическую ошибку измерений, присущую известной конструкции, и позволяет применять предложенное устройство в сверхзвуковых потоках.

Формула изобретения

Устройство для измерения энтальпии высоЗо котемпературного потока газа, содержащее заборную трубку с рубашкой охлаждения, дифференциальную термопару, клапан для перекрывания газового птока, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения преимущественно в сверхзвуковых потоках, оно снабжено дополнительной заборной трубкой, расположенной симметрично основной и имеющей с ней общее заборное отверстие, и трубкой подвода жидкости к рубашкам охлаждения основной и дополнительной заборных трубок, на выходах которых установлены спаи дифференциальной термопары, при этом ось трубки подвода жидкости и ось заборного отверстия расположены

45 в плоскости, перпендикулярной заборной трубке.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. B. С. Клубникин, С, В. Дресвин. Ученые записки ЛГПИ им. А. И, Герцена, т. 384, вып, 2, «Низкотем пер атурная плазм а».

524979

10

ttittttt

Юощ к

Составитель H. Горшкова

Техред Г. Алиева

Корректор JI. Орлова

Редактор С. Хейфиц

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2067!9 Изд. № 1624 Тираж 830 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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