Устройство для измерения распределения локальных тепловых потоков

 

ОПXCAHWa

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ,СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнх

Социалистических республик (ii) 705281 (61) Дополнительное к авт. санд-ву (22) Заявлено 22.08.7 5 (21) 2166253/18-10 с присоединением заявки,% (23) Приоритет

Опубликовано 25.12,79. Бюллетень М 47 (51)M. Кд.

5 01 К 17/06

Гасударстеекиый канктет

СССР по делам кзабретенкй к аткрмткй (53) УЛK 536.629..7 (088. 8 ) Дата опубликования описания 27. 12.79 (72) Авторы изобретения

Э. Н. Вознесенский и В. И. Немчеико (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

ЛОКАЛЬНЫХ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ

Изобретение относится к области из:мерительной техники, а именно, к средст, вам измерения распределений локальных тепловых потоков, сильно неоднородных по плотности, что характерно, например

5 для исследований теплообмена на моделях в вакуумных аэродинамических трубах . средней и малой мощностей.

Известно устройство для измерения о распределений локальных тепловых пото ков вспомогательной стенки, включающее набор индивидуальных тепломеров с отдель. ной вспомогательной стенкой из пластмас. сы у каждого, размещенных либо непосред Ig ственно на охлаждаемой стенке модели и покрытых сверху слоем металла, либо между двумя слоями иэ пластмассы, нижний иэ которых закреплен на металлической стенке модели с искусственным одежде- 20 нием (1). Тепломеры в этих устройствах снабжены термобатареями, измеряющими перепад температур на гранях вспомогательной стенки, Недостатками укаэанного устройства являются большие размеры тепломеров, атакже нерадиональность компоновки устройства, выразившаяся в многослойности конструкпии, ненадежности теплового контакта между слоями, что существенно увеличивает, погрешность измерения за счет растекания тепла. Поэтому устройство непригодно для измерения распределений

TBIfJIoBbIx потоков, сильно неоднородных по плотности, т.е. таких, когда существенное (на порядок) изменение плотности действующего теплового потока происходит на расстоянии, сравнимом с размера ми самих тепломеров.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее изотермическое основание с установленными на нем первичными преобразователями теплового потоке, каждый иэ которых включает измерительный слой и дифференциальную термопару со спаями, размещенными на противоположных сторо нах слоя (21.

Недостатками этого устройства являются искажения показаний индивидуальных преобразователей из-.за сохраняющегося в действиетльности отличия в теплопроводностях смолы и материала датчиков, состоя- 5

4 поверхности слоя 6 - абсолютные микротермопары 8.

Измерительный слой 6, размещенный на всей внешней термостатируемой поверх- ности модели 1 или большей ее части, вы705281 ших из трех разнородных слоев, и невысокая полнен для всех дифференциальных микролокальность для измерения распределений термопаров 7. Спаи 9, 10 дифференцнальных микротермопар 7. расположены соответ. локальных тепловых потоков цри модели ровании и исследованиях явлений тепло- ственно на внутренней и наружной поверх о обмена в уменьшенном масштабе. ностях слоя 6, причем, термоэлектроды

Гжель изобретения состоит в повышении диффеРенциальных микРотеРмопаР 7 иметочноСти и улучшений пространственного, „и„, 6 („ ют толщину; — 4.go . g qo и прони разрешения при измерении в пределах малой площади распределений локальных теп-15 зывзют слой 6 по HopMaaH, a наружные ловах потоков, сильно неоднородных по .спаи 10 микротермопар удалены от мест плотности. ввода термоэлектродов в слой 6 на расУказанная цель достигается тем, что..... стоянии 6ъ И - . ЪЪ- При этом участки

a предлагаемом устройстве измерительные термоэлект1зодов от наружных спаев 10 слои первичных преобразователей теплово-, . до мест ввода в слой 6 закрепленй на . го потока выполнены в виде общего для наружной поверхности этого слоя, а провсех дифференциальных термопар слоя, на- . вода 11 всех микротермопар по нижней нанесенного на изотермическое основание, поверхности слои 6 выведены на соединипричем наружные спаи дифференциальных теиьнУю колодку 12, которая электричес йфМоцаР "УЧЕНЫ От МЕСТ ВВОДа тЕРМО- Р5 КИ СВЯЗака С ВХОДОМ МНОГОКакаЛЬНОГО КОМэлектродов в слой пропущенных сквозь мутатора, например>переключателя типа него по нормали, а участки термоэлектро- ПМТ-20, выход последнего соединен с дов от наружнйх спаев до мест ввода в термопарным потенциометром, например, слой закреплены на наружной поверхности Р37-1 или Р 348. слоя. При этом толщина измерительного Зр Устройство работает следующим обраслоя связана с характерным линейным раз- зом. мером неоднородности теплового потока Модель 1 устанавливают в рабочей камере вакуумной трубы в потоке подогре11 соотношением — < 2,-4о +1.40 . где того разреженного.,-газа. Через штуцеры

П вЂ” толщина измерительного- слоя, Q - 35 2, 3 по соответствующим трубопроводам характерный линеййый размер неоднород через полость корпуса модели прокачиваности теплового пбгока, причем наружные . ется термостатирующий агент 4. Стадно спаи дифференциальных термопар удалены нарный или квазистационарный конвективот мест ввода термоэлектродов в слой ный тепловой поток, действуя на наружна расстояния СЪЪ вЂ”:Ъ Ь при относитель- 4о ную поверхность единого измерительного

;ной толщине термоэлектродов., . слоя 6, нижняя поверхность которого терФ <2.„0-". +4О- мостатирована при некоторой температу ,Ь .. . Ре Т, измеряемой и контролируемой микгае 8 етР -Р Р ротермопарами 8, формирует определенное На фиг. 1 показан общий вид описыва 45 тепловое поле в нем. Это поле при малой . емого. Устройства; на фиг. -: схема yea кривизне поверхности модели 1 и тонком новки дифференциальной микротеРмопаРы измерительном слое 6 описывается уравУстРойство содержит. модель 1 (или пением Далласа в виде холодильник) с плоской или слабо искривленйой поверхностью, вьтолненную из ма- ., TepHaJIà с высокой теплопроводностью, наакя ЭЗя а йркмер из меди, штуцеры 2, 3 для ввода и вывода термостатирующего агента 4, электроизоляционный спой 5, измеритель где Х,3, 2 - ортогональные координаты, ный слой 6 из однородного изотропного, причем Х и 1 взяты вдоль внутренней материала с низкой тецлоп оводность, " поверхности слоя; Т - температура в например из органического стекла, диффе- точке слоя (Х,ч, Х ). нциальные микротермопары 7, первич,, Б общем . лучае распределение тепловоные преобразователи температуры нижней ro потока, падающего на наружную и ерхустр @

Ъ -1, -4 с соотношением -(2.4о - . 4.1о я раця4 онального размещения, выбора материала и диаметра мякротермопар в соответствии с соотношением С >Ъ вЂ”: 3% при, И

<4 30-2 l.40 сведено к минимуму нежелательное растекание тепла в измерительном слое, а также"искажение показания термо пар из»за оттока тепла по теплоэлектро дам. Точность измерения сильно неоднородных распределений тепловых потоков данным устройством существенно повышается как за счет улучшения пространственного разрешения, так и за счет устранения искажений, вызванных применением индивидуальных преобразователей, теплового потока данное устройство дает возможность проводить измерение распределений локальных тепловых потоков с пространственным разрешением не уже 4 о при суммарной погрешности измерений не более 2%. формула изобретения

1. Устройство для измерении распределения локальных тепловых потоков, преимущественно на модели в аэродинамичес кой трубе, содержащее изотермнческое основание с установленными на нем первичнымн преобразователями теплового по тока, каждый из которых включает измерительный слой и дифференциальную термонару со спаямн, размещенными на нротивоположных сторонах слоя, о т л я ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и улучшения пространственного разрешения при измерении в преде лах плошади расЩзеделений локальных теп \ ловых потоков, неоднородных по плотнос: ти, измерительные слои первичных преоб разователей выполнены в виде общего для всех дифференциальных термопар слоя, на несеяного на нзотермическое основание, причем наружные сваи дифференциальных термопар удалены от мест ввода термоэлектродов в слой, пропущенных сквозь него по нормали, а участки термоэлектро

5 705281 ность измерительного слоя 6, должно находиться яз решения уравнений (1) с со ответствующими граничными условиямн.

Однако, вобрав толщину измерительного слоя 6 в соответствии с приведенными выше условиями д я, л — Wl-1о ++4О, {2)

Ъ ) как это осуществлено в данном устройст.ве, из (1) можно получить приближенное" О рженство „=Я " " (3) связывающее местные значения фщ плот15 ности дейсжующего теплового потока я локальной разности температур между поверхностямн измерительного слоя 6 (jl— коэффициент теплопроводности материала слоя), Погрешность C с которой выполняется равенство (3), обусловлена расте- канием тепла в измерительном слое н рав-! на приближенно

T -т -" Ь) и

Следовательно,в силу условии (2) «, 41

Измерение распределения локальной разности температур Т - T,„à тем самым, зо н распределения величины с я (см. (3) н (4) осуществляется при помощи множест. ва дифференциальных мнкротермопар 7, которые через коммутатор поочередно подключаются к термопарному потенцнометру. 35

Локальность этих измерений определяется только размерамн наружных сцаев дифференциальных микротермопар 7, установленных согласно фиг. 2, причем воз;мучение теплового поля нормальными

:участками термоэлектродов в точке размещения сная 10 данной термопары -и других термопар устраняется в результате уда ления сная на расстояние С от места выхо;да нормальных участков термопарных про- 4>, водов в соответствии с формулой 6 )Лч — уЬ прн относнтельной толщине

8 — <.. -1 — i 3.40 - . 1.40

В данном устройстве для измерения

% распределения сильно неоднородных T9Bllo- o вых потоков набор индивидуальных первич- ных преобразователей теплового потока градиентного типа заменен еднным измерительным слоем, снабженным множеством первичных преобразователей разности 5 температур между поверхностями слоя дифференциальных микротермопар, что по-. зволяет проводить исследование распределения локальных тепловых потоков одним

705281

Составитель Н. Горшкова редактор П. Бибер Техред Н. Коееиеее Корректор Н. Стек

Заказ 8015/43 Тираж 766 Подписное

ПНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д..4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 дов от наружных спаев до мест ввода в слой закреплены на наружной поверхности слоя, 2. Устройство по.п. 1, о т л и ч а -. ю щ е е с я тем, что толщина измери- 5 тельного слоя связана с характерным ли-, нейным размером неоднородности тепловоЪ -1го потока соотношением — (2-1Π—:1 1О

10 где Q - толщина измерительного слоя, Ь - характерный линейный размер неоднородности теплового потока.

3. Атройство по и. 1, о т л и ч ающее ся тем, чтонару ые аи 15 дифференциальных термопар удалены от мест ввода термоэлектродов в слой на расстояние С> Ь вЂ”: 3 h при относительной (3 -2 толщине термоалектродов -„-<1-10 . 1 1о, где d - диаметр термоэлектродов.

Источники информации, принятые во внимание при акспертизе

1. Якоб М. Вопросы теплопередачи.

Москва, НИЛ, 1969, с. 276-278.

2. Геращенко Q. А., Федоров В, Г.

Техника теплотехнического аксперимента.

Киев, "Наукова думка», 1964, с. 150 (прототип).