Способ определения термических напряжений в пористых проницаемых стенках

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 4(59 6 01 М 7 10 РЕТЕ ТЕЛЬСТВУ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ(56) 1. Топтуненко Е. Т. Основы.конструирования и расчета химических аппаратов и машин, 1968, с. 90 - 93.2. Аринкин С. М., Третьяк М. С. Конструк ционная термопрочность металлокерамических межэлектродных вставок линейного плазмотрона, - Сб. кВопросы высокотемпературного тепло- и массообменах Минск, АН БССР, 1979,с . 130 - 135. ЯО 11518(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ПОРИСТЫХ ПРОНИЦАЕМЫХ СТЕНКАХ, включающий размещение испытуемого образца в камере, охлаждение его путем подачи через поры стенки хладагента, нагревание стенки образца с регистрацией соответствующих параметров и последующим расчетом по формулам, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения процесса измерений, хладагент подают с постоянным массовым расходом, в качестве регистрирующего параметра используют давление хладагента на входе и выходе из пористой стенки до и во время ее нагревания.(2)- г") - 1+4, - г(2 - д),Изобретение относится к механике сплошных сред и может быть использовано для определения термических напряжений в пористых проницаемых стенках.Известен способ определения напряжений, метод лаковых покрытий, основанный на том, что поверхность исследуемой конструкции покрывается тонким слоем лака, в котором образуется сетка мелких трещин в зоне повышенных напряжений 1.Однако этот способ обладает рядом недостатков в части сложности обработки результатов измерений, низкую чувствительность по температуре (до 800 К), недостаточную точность измерений.Ближайшим техническим решением является способ определения термических напряжений в пористых проницаемых цилиндрических стенках, включающий размещение пористого проницаемого образца в камеру, охлаждение его путем подачи через поры стенки хладагента, нагрева ние стенки образца с регистрацией температуры обеих его поверхностей с последующим расчетом по формулам 2.Главным недостатком известного способа является сложность измерения температуры, так как использование контактных средств измерения дает большие погрешности из-за локального нарушения проницаемости материала в месте контакта с измерительным прибором, Кроме этого при больших градиентах температуры по толщине проницаемой стенки вообще не представляется возможным достаточно точно измерить температуру ограничивающих ее поверхностей контактными приборами. Большую трудность и редставляет измерение температуры поверхностей пористых проницаемых стенок и бесконтактными средствами измерения из-за недостаточного быстродействия существующих приборов, низкой чувствительности по температуре, ограниченности диапазона измеряемых напряжений по температуре, сложности процессов измерений и аппаратуры.Цель изобретения - повышение точности и упрощение процесса измерений.Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем размещение испытуемого образца в камере, охлаждение его путем подачи через поры стенки хладагента, нагревание стенки хладагента, нагревание стенки образца с регистрацией соответствующих параметров и последующим расчетам по формулам, хладагент подают с постоянным массовым расходом, в качестве регистрирующего параметра используют давление хладагента на входе и выходе из пористой стенки до и во время ее нагревания.При помощи системы подвода и регулирования устанавливают необходимый массовый расход охладителя через пористую 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 стенку, Измеряют датчиками величины давления газа в объеме со стороны входа и выхода из пористой стенки, соответствующие установленному массовому расходу охладителя. После этого на пористую стенку со стороны выхода газа подают тепловую нагрузку и непрерывно во времени регистрируют изменение давления охладителя со стороны входа и выхода из пористой стенки до установленного теплового режима пористой стенки, о чем судят по прекращению изменения величины давления газа при постоянном устанОвленном вначале массовом его расходе,Повышение давления газа при постоянном массовом расходе является следствием его объемного теплового расширения из-за нагрева при прохождении через пористую структуру стенки.Для плоскодеформированного состояния цилиндрической проницаемой стенки с пористым охлаждением при установившемся распределении температуры по ее толщине пропорциональные зависимости между величинами давления охладителя на входе и выходе из пористой стенки и величинами термических напряжений в ней имеют вид г сСЕ Л ТоЗ.с+Ка уг Кг (г-К Я( 0"-1 ЦЛ 0-ф2-Ь) 2 К 2 К - г; (1) 2-3 2- Т(ъ(, ----- А( - ) (сет. К +К. м К. -н.1-,а при отсутствии нагрузки на торцовые поверхности ссЕА То К 1 - Ка у1 151859 р 2 р 2 Составитель О. Чернуха Редактор Е. Лушникова Техред И. Верес Корректор В Бутяга Заказ 2312/32 Тираж 897 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4т - расход газа, кг/м с;Ср - теплоем кость охладителя,Дж/кгград;А - теплопроводность пористой стенки,Вт/м град;5 Р о - давление охладителя перед пористой стенкой до теплового воздействия, Н/м,Р- давление охладителя перед пористойстенкой при тепловом воздействии,Н/м,Р 2 - давление охладителя на выходе изпористой стенки, Н/м.Приведенные зависимости сохраняютсвой вид и в случае плосконапряженногосостояния, но величина заменяется(С Кна аЕ.При определении по приведенным зависим остям термических напряжений впористых проницаемых стенках используюттабличные значения коэффициентов линейного расширения, теплоемкости, теплопроводности, модуля упругости и коэффициентаПуассона пористого материала при средней температуре стенки, определяемой извыражения 2 Х30Выражения, определяющие параметры А и Т, справедливы для случая, когда гидравлическое сопротивление пористой стенки не зависит от температуры.Аналогичные зависимости, связывающие термические напряжения в пористых стенках с величинами давления охладителя на входе и выходе из нее, могут быть получены для пористых стенок других геометрических форм и для случаев, когда их гидравлическое сопротивление зависит от температуры.Пример осуществления способа.В качестве обьекта взята пористая проницаемая стенка из вольфрама с пористостью 23,5 Я и размерами; Й =710 м, Йг=101 а,м ф 3010,В процессе экспериментальной проверкиизмеряли:Т=1130 К;Т=950 К;гп=11,881(Р кг/мс;Ро=2610 Нм 2;Р=50,5 10 Н/м 2.Ра -- 0,5 10 Н/м з;Известный способ.Для г=81 бзмор -- -5,53 кг/мм и т=-3,22 кг/ммПредлагаемый способ,а 5,24 кг/мм и ау=-3,05 кг/мм 2,Как видно из приведенных данных,ошибка в определении напряжения в пористых стенках по предлагаемому способув сравнении с известным составляет неболее 5,5 Я. Причем, определение параметров гт по предлагаемому способу значительно выше в связи с тем, что точностьизмерения давления (-0,5 Я) выше, чемтемпература поверхностей пористых стенок(+7,5 а).Предполагаемое изобретение позволяетповысить точность определения термическихн апряжений в охлаждаемых вдувом пористых проницаем ых стенках, расширитьпо температуре диапазон измерений, упростить процесс измерений и автоматизироватьисследование путем ввода экспериментальных данных через модуль связи в вычислительную машину, например 15 ВСМ, и посоответствующим программам рассчитатьвеличины термических напряжений.