Устройство для измерения распределения тепловых потоков

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК е а). К 17 ИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ знесенски и А.В.Тол ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ СНОММ ИД 1 ЛСТУ(56) 1. Ардашева М.М., Боровой В,Я. Давлет-Кильдеев К.З., Майкапар Г.И. Первушин Г.Е., Рыжова М,Е. Применение термоиндикаторных покрытий в исследованиях теплообмена. Труды АГИ. Вып. 1962 М 1975.2. Авторское свидетельство СССР 1 Ф. 705281, кл. С 01 К 17/06, 1975. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВЧХ ПОТОКОВ, содержащее изотермическое основание,.измерительный слой, первичные преобразователи температуры внутренней и внешней поверхностей измерительного слоя, о т л и ч а ю - щ е с я тем, что, с целью повышения точности измерения распределения локальных тепловых потокови их визуализации, в него введенынагревательный элемент, координатная сетка, выполненная из мнкропроводов и размещенная между измери"тельным слоем и первичным преобразователем температуры его внешней поверхности, выполненным в виде композиции жидких кристаллов, закапсюлированных в полимерной матрице,толщина О которой составляет 0,010,1 толщины измерительного слоя Ь,и эталонная металлическая пластинас нанесенным на ее поверхность дополнительным жидкокристаллическимпервичным преобразователем температуры, закрытая с рабочей стороныпрозрачным теплоизолирующим экраном, укрепленная одним концом наизотермическом основании и присоединенная другим концом к нагревательному элементу.1067376 2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что к эталонной металлической пластине прикреплена 1Изобретение относится к термометрии, а именно к средствам измерения распределения локальных тепловых потоков, в том числе сильно неоднородных по плотности, что харак терно, например, для исследований теплообмена на моделях в вакуумных аэродинамических трубах малой и средней мощностиИзвестны устройства для изме рения распределения локальных тепловых потоков к поверхности модели путем определения скорости перемещения изотермы, визуализированной с помощью термоиндикаторного покрытия, нанесенного на модель (.Ц . Однако градуировка используемого термоиндикаторного покрытия и измерения теплового потока разделены. Отсутствие изотермического основания и измерительного слоя (вспомогательной стенки) не позволяет проводить измерения стационарными методами, что неоправдано усложняет и удорожает эксперимент в стационар ных и кваэистационарных вакуумных трубах., Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения распределе ния тепловых потоков, содержащее изотермическое основание, измерительный слой с размещенными на нем первичными преобразователями температуры его внешней и внутренней повер хностей, причем первичные преобразователи температуры внешней поверхности измерительного слоя выполнены в виде множества дифференциаль- . ных микротермопар 2). 40Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения теплового потока, что свя-. зано с искажением теплового поля большим количеством термоэлектродов. 45Цель изобретения - повышение точности измерения распределения локаль" ных тепловых потоков и кх визуализаЦйяеПоставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения распределения тепловых потоков, содержащее изотермическое основание, измерительный слой, первичные преобразователи температуры внутренней и внешней поверхностей измеритель цифровая шкала, соответствующаязначениям измеряемого теплового потока. 2ного слоя, введены нагревательный элемент, координатная сетка, выполненная из микропроводов и размещенная между измерительным слоем и первичным преобразователем температуры его внешней поверхности, выполненным в виде композиции жидких кристаллов, закапсюлированных в полимерной матрице, толщина О которой составляет 0,01-0,1 толщины измерительного слоя ), и эталонная металлическая пластина с нанесенным на ее поверхность дополнительным жидкокристаллическим первичным преобразователем температуры, закрытая с рабочей стороны прозрачным теплоиэолирующим экраном, укрепленная одним концом на изотермическом основании и присоединенная другим концом к нагревательному элементу. К эталонной металлической пластине прикреплена цифровая шкала, соответствующая значениям измеряемого теплового потока.На чертеже показано предлагаемое устройство, общий вид.Устройство содержит изотермнческое основание 1, выполненное из материала с высокой теплопровод,ностью, например из меди, к которому подводится термостатирующий агент,измерительный слой 2, выполненныйиз однбродного изотропного материала с низкой теплопроводностью, например из органического стекла илилавсана, первичный преобразовательтемпературы внутренней поверхностиизмерительного слоя (микротермопару 3), координатную сетку 4, выполненную из микропроводов, расположенных перпендикулярно друг другу, первичный преобразователь 5 температуры внешней, поверхности измерительного слоя, представляющий собой композицию жидких кристаллов,закапсюлированнцх в полимерной матрице и подобранных так, чтобы изменение длины волны рассеянного света с изменением температуры соответствовало видимой части спектра, металлическую эталонную пластину бс нанесенным на одну изее поверхностей дополнительным жидкокристаллическим первичным преобразователем температуры 7, идентичным пер1067376 Сос Тех Редактор Т.Парфенова Заказ 11200/46 Тираж 823 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Филиал ППП Патент,вичному преобразователю температуры внешней поверхности измерительного слоя 5, и нагревательный элемент 8,Концы эталонной пластины 6 поддерживаются при различных фиксированных температурах с помощью нагревательного элемента 8 с однойстороны, а с другой стороны с помо. -щью термостатируемого выступа 9 изотермического основания 1. К эталонной пластине.б прикреплена шкала 10 с цифрами, соответствующимизначениям теплового потока. С цельюисключения влияния конвективных теп:ловых потоков на поверхность пластины 6, ее закрывают прозрачным теплоизолирующим экраном 11. В нескольких точках измерительного слоя 2для.уточнения перепада температурна его гранях может быть размещенонесколько дифференциальных микротермопар 12. Для определения взаимно-однозначного соответствия между температурой поверхности дополнительного жидкокристаллического первичного преобразователя 7 и длинойволны рассеянного света несколькотермопар 13 размещено вдоль эталонной пластины 6.Устройство для измерения распределения тепловых потоков работаетследующим образом.Стационарный или квазистационарный конвективный тепловой поток,воздействуя на наружную поверхностьустройства, помещенного, например,в рабочей камере вакуумной аэродинамической трубы, Формирует визмерительном слое 2 тепловое поле, которое определяет распределение температуры на внешней поверхности измерительного слоя и в полиерной матрице, содержащей компоицию жидких кристаллов. Ввиду зависимости фазовых переходов жидкихкристаллов от температуры, цветоваякартина на поверхности модели в отраженном свете соответствует распределению температуры вдоль полимерной матрицы.Если толщина измерительного слоя2 много меньше (в 10 и более раэ)характерного линейного размера неоднородности теплового потока, атолщина полимерной матрицы выбранав указанных пределах, то справедливосоотношениеЪвф ь связывающее локальные значения(плотности действующего тепловогопотока и локальную разность температур (Т -Т) между поверхностямиизмерительного слоя 2 ( А" коэффициент теплопроводимости материаласлоя). Значение температуры определяется путем сравнения цвета кристаллов, закапсюлированных в полимерной матрице, с цветом дополни 10 тельного жидкокристаллического первичного преобразователя температу,ры 7, размещенного на поверхностипластины 6, визуально либо инструментально, например с помощью фото регистратора и набора интерФеренционных Фильтров. В пластине б, эасчет поддержания ее концов при различных фиксированных температурах,устанавливается постоянный градиенттемпературы.Так как температура Т 2 внутренней поверхности измерительного слоя2, контролируемая с помощью термопары 3, поддерживается практически по 25 стоянкой изотермическим основанием 1, то измеряемые значения тепло"вого потока могут быть отсчитанынепосредственно со шкалы 10.При Фотосъемке или киносъемке дляточного и быстрого определения пространственного положения экспериментальных точек на микропровода координатной сетки 4 можно подать кратковременный импульс тока от отделочного генератора (на чертеже неприведен). Длительность импульсатока выбирается, исходя из требований достаточного нагрева сетки 4при минимальных искажениях теплового поля. В результате такого на грева на первичном преобразователе5 температуры внешней поверхностии измерительного слоя отчетливо от-.печатается координатная сетка 4 и,одновременно, цветные изотермы,45 которые совпадают с линиями уровня тепловых потоков.В предлогаемом устройстве сведенок минимуму растекание тепла в измерительном слое и первичном преобразователе температуры его внешней поверхности. Устройство позволяет сохранить точность измерениясильно неоднородных распределенийтепловых потоков науровне 2-3,в то время как точность измеренияустройством-прототипом ухудшаетсяв этих условиях до 10-15. тавитель В.Голубевред В.Далекорей Корректор Г,Огар