Способ определения тепловых сопротивлений

(511 4 С 01 К 1 7/00 ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБ К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 73111/31,05,87(57) Изобретение офизическому приборэнергетике, энергоможет быть использ ВЫХ,ГОЕН 11 Я носитсяс троению е и оптики Заричняк ниюим Е,Л.Ущако пределеталей ано дл влений гитко 6(088,8)ц И,Т Лыбан Еообмен в деталя ия тепловых сопро так турбомащиные газовых теп н, Возбин Керситета Шлыков кий С,Н, с,ГаниКон актное тер М : Энерг 1 77 с опротивленис, 39-47. бретение ому приб относится к тепло и зич гетике, э быть испо тепловых е ьзо ано для определения тивлений объектов с температур с тепло и номерным поле дачеи о ужающую Цельюред зобретения явл овыние точ противл определения тепл ост ни 3 чередь итыват что в с е точно расс поля и тепло торые испыту вной частью. вол мперату ые потокимый объект объектов,входит с оста(21) 42 (22) 27 (46) 15 (71) Ле механик (72) Ю, и И,А,М (53) 53 (56) Ив рос троению, теплоэнерашиностроению и может ковои поверхности в о ЯО 1529057 А 1 ЕНИЯприборов и элементов конструкции содномерным полем температур и теплоотдачей от боковой поверхности в окружающую среду, различных узлов и соединений, Целью изобретения являетсяповышение точности определения тепловых сопротивлений. Измерения тепловыхпотоков и температур на каждом торце исследуемого объекта проводятсядважды при различных значениях мощности источника (стока) теплового потока, Тепловые сопротивления вычисляются по формулам, приведенным в текстеописания, 2 ил,На фиг, показано устройство,реализующее способ измерения тепловыхсопротивлений; на фиг,2 - схема замещения исследуемого объекта,Установка состоит из источникапитания 1, нагревателя 2, двух термопар 3, двух тепломеров 4, исследуемого объекта 5, измерительного прибора 6, переключателя 7, основания 8,являющегося стоком тепла.Сопротивления К,-9, К -10, К, -11соответствуют тепловым сопротивленияммежду торцом тела и окружающей средойпротивоположным торцом и окружающейсредой между торпвмн тела, Эти со 152905720 где х - координата, вдоль которой изменяется температурное поле; 6 (х) перегрев тела в точке х относительно температуры окружающей среды;А,(х), А (х), А Э(х) - функции, зави сящие от формь) области.На основании решения уравнения (1) с учетом граничных условий можно записать уравнения, связывающие разности температур 0 и 62 между тор-З 0 цами и окружающей средой, а также потоки Р и Р) через них.Тепловые сопротивления схемы замещения определяются из решения системы четырех уравнений, выражающих зависимость тепловых потоков через35 противоположные торцы объекта от разности температур, 6 92 для двух измерений: к,= 6 1(Р,ьО-Р, кЕ ) к = /6 /(6, Р, ьР )к= 6 Р, е, -Е, Р, ) 66 =В,-е, ье= 6, - 9,40(2) 45 61 =6,6,-9, р,Р=Р -Р, 1 Р =Р Р,Узлы и соединения различных деталей приборов и элементов конструкций с одномерными температурными полями и теплоотдачей от боковых поверхностей элементов представляют, как правило, систсму последовательных и параллельных соединений этих элементов, 55В теории электрических цепей показано, что последовательное и параллельное соединения четырехполюсников представляет собой также четырехцолюспротивления зависят от формы, размеров тела, теплопроводности, контактного сопротивления элементов, коэффициента теплоотдачи с боковой поверхностиИзобретение связано с особенностями описания процессов теплообмена в деталях приборов и элементах конструкций, имеющих одномерное темпера турцое поле и с теплоотдачей от боковой поверхности, Такие объекты отноСятся к классу объектов с распределенными параметрами, тепловой режим которых описывается обыкновенным дифференциальным уравнением второго порядка вида:и 6 с 16А (х) -- + А (х) - + А (х) =О (1)с 1 х 2 1 х Эник, параметры которого являются функциями соответствующих параметров элементарных четырехполюсников. Такой составной четырехполюсник может быть отображен в виде той или иной схемы замещения. Таким образом, рассмотренный выше способ определения тепловых сопротивлений отдельных деталей приборов и элементов конструкций может быть применен для узлов, представляющих собой последовательно-параллель ное соединение этих узлов.Создаваемый тепловой поток через один из торцов приводит к изменению температуры испытуемого объекта, что в свою очередь приводит к изменению теплопроводности Ъ материала и коэффициента теплоотдачи ) от боковой поверхности, Изменение указанных параметров может привести к погрешности в определении тепловых сопротивлений К К.и К, , которые зависят от ф и Ы,.Поэтому необходимым условием для обеспечения требуемой точности определения тепловых сопротивлений является ограничение температуры испытуемого объекта в экспериментеПусть б - допустимая относительная погрешность определения тепловых сопротивлений, ИзменениеК (1=1, 2, 12) сопротивления за счет изменения температуры Т объекта равноак,ак,где --- производная 1-го сопротив- ЭТления по температуре;Т - изменение температуры Т объек" та относительно номинального значения Т которое имеет объект вомусловиях эксплуатации, т.е,ЬТ Т ТномОтносительная погрешность определения 1-го сопротивления равнаКк 3 к;)ОМОтносительная погреши)сть для всех трех сопротивлений це д)лжца превышать допустимой величццы , т,е.макс --т - т )с , 5)Э КдТ10 МОткуда 15290 Допустимое значение погрешности5 С, выбирается с учетом погрешности измерения температур и тепловых потоков.3 кПроизводные -,с -- могут быть определед Тнь 1 аналитически для тел простой формы10 (цилиндров, дисков и др.) либо экспериментально, В последнем случае измерения тепловых потокон и температур производят для трех значений мощности теплового потока Тепловые соп 15 ротивления рассчитывают по формуле (2) для первых двух значений мощности и для последних двух, Если рассчитанные тепловые сопротивления отличаются незначительно, то условие (5)выполняется В протинном случае необходимо уменьшить мощность и эксперимент повторить,Способ использовался для определения тепловых сопротивлений элементов сложной формы конструкций различнь 1 х оптических приборов, н частности кронштейна телевизионной узкоугольной камерыВега , 1 сследуемый кронштейн имеет сложную форму и рассчи 1 ать его сопротивление с учетом боковой тепло 30 отдачи не представлялось возможным,Установка (без измерительной аппаратуры) помещалась н тепловакуумную камеру. 35В камере имитироналис 1. условия (температура, давление и чернота ) космического пространства, Сигналы 57 6ния температур элементов оптической системы в 347. и тепловых потоков бо" лее чем в 1303, что является недопустимым для оптических приборов,Способ позволяет уменьшить погрешность определения тепловых сопротинлений до = 107 (эта величина определяется погрешностью измерения температур и тепловых потоков), благодаря чему появилась возожность снизить погрешность расчета температурных полей, обусловленную погрешностью определения тепловых сопротивлений до пренебрежимо малой величины (менее 2 Х). формула изобретенияСпособ определения тепловых сопротивлений объектов в стационарном режиме, заключающийся в том, что создают тепловой поток через одну из торцовых поверхностей испытуемого объекта, измеряют тепловые потоки через, две противоположные поверхности объекта и перепады температур между этими поверхностями и температурой окружающей среды, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет учета зависимости условий теплообмена и теплофизических свойств объекта от температуры, измерения проводят дважды, при двух значениях создаваемого теплового потока, при которых температура Т испытуемого объекта в каждом из измерений удовлетворяетусловиюТ Т) ( мин Е К 11/ р)ак,1от термопар и тепломеров через разъем камеры поступали на измерительные приборы, Измерения проводились при двух значениях мощности нагревателя 1,1: и 3,4 Вт. При каждом значении мощности измерения тепловых потоков и температур проводи:1 ись по достижении стационарного состояния, Далее но формулам, приведенным н заявке, рассчитывались сопротивления схемы замещеНия КрОНШтЕЙца 11 опуЧРННЫЕ СОПрОТИВ ления использов,1 лись при расчете температурных и те 11 ловых потоков телекамеры,Для этого 1 е кронштейна огределялись тепловые с.опротивления го способу-прототипу 1,. изоляцией 1.оковой поверхности), Л 11 л:1 из показал что такое определен 11 е 1 с 1 поных сопротивлений приводит к п 11 решности определе где Т - номинальная температура-цомобъекта в условиях эксплуатации;Г - допустимая относительнаяпогрешность определения тепловых сопротивлений; К - номинальные значения тепномловых сопротивлений, 1=1,2,12; ак Эт производные тепловых сопротивлений по температуре,а тепловые сопротивления вычисляют по Формуламк, =161 /(Р,ьД -Р Ь 9 );К = 1 О /(ЬР 9, - ЬР Ь О, );1529057 где К , К репады температур относительно окружающей ми. Корректор Э.Лончакова Заказ 7840/36 Тираж 573 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул. Гагарина 101 тепловые сопротивлениямежду торцовыми поверхностями и окружающейсредойтепловые потоки и пеСос тавител ь А, ШевченкоРедактор Н,Горват Техред М,Ходанич среды и торцовых поверхностей объекта;1Р,Р, 6 0 - то же, при втором значении мощности теплового потока;тепловое сопротивлениеобъекта между противоположными поверхностя