Способ определения температуры газового

О П И С А Н И Е 384026ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советскик Социалистицеских РеспубликЗависимое от авт, свидетельстваМ. Кл. б 011 с 702б 01 п 25/18 1662526/18-10 влено 25 Х.1 рисоединением заявкиПриоритетОпубликовано 23.7,1973, Бюллетень24 осударственныи комит Совета Министров ССС па делам изобретений и открытийУДК 536.532(088.8) описания 27,1 Х,1 а опубликовани Авторыизобретен Н. М. Цирельман и ф. Г. Бакиро иационный институт и Заяв оникидз е го имск ОСОБ ОПРЕДЕЛЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗОВОГООКА ат тра )а- х 0 - безра мерная температура в ой точке стержня ая температура;ьная температура тела; ратура потенциального ои Вольн текущ нача, темпе поток Т(хф лени Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано, например, для определения стационарной статической температуры и газового потока в различных промышленных и исследовательских установках.Известные в настоящее время способы измерения температур газовых потоков можно подразделить на контактные и бесконтактные.Контактные способы,предполагают введение в исследуемый поток различного рода датчиков температуры, это вносит возмущения в исследуемый поток и возникает проблема надежности и долговечности самих датчиков температуры. Кроме того, контактные датчики температуры имеют сложную конструкцию и в основном служат для измерения температуры торможения,потока, а не статической тем пер атур ы.Бесконтактные способы позволяют в основном проводить измерения статической температуры в свободных струях, при этом необходима сложная оптическая аппаратура.Цель изобретения - создание способа определения статической температуры газового потока, не требующего введения в поток каких-либо датчиков, но в то же время достаточно легко осуществимого и надежного в широком диапазоне температур потокаДля этого применяют способ опреде я температуры газового потока с помощью теплоизолнрованного цилиндрического стержня с известными теплофизическими свойствами, по оси которого на фиксированных расстоя ниях расположено два термочувствительныхэлемента. По этому способу измеряют два момента времени, соответствующие одинаковым показаниям термочувствительных элементов и вычисляют температуру по известному со отношению распространения тепла в полуограниченном телеПредлагаемый способ основан на использовании закономерностей распространения тепла в полуограниченном теле. Известно, что 15 при граничных условиях третьего рода температурное поле в полуограниченном теле описывается зависимостьют(" ) - тту - то 2 ех - координата, отсчитываемая от ограничивающей полупространство по)верхрх)ности;а - коэффициент температуропроводности материа(ла;5Л - коэфф)ициент теплопроводности;т - время;а - коэффициент теплоотдачи:егсх = / - егьа =1/ -- ), ед 810)Г,Моделью полуограниченного тела можетслужить полубесконечный стержень с идеально теплоизолированной боковой )поверхностью, омываемый с торца потоком жидкости. Однако, если взять в качестве моделистержень конечной длины с теплоизолированными боковой поверхностью и неомыва)емымторцом, то закономерности распространениятепла в полупростра)нстве будут сохранятьсяв нем до тех пор, пока температурные возмущения не достигнут теплоизолированного торца стержня.На фиг, 1 приведена потенциальная схемаопределения статической тем)пературы потока;на фиг. 2 представлена зависимость междучислами В 1 и В 1 КРо для различных значенийотносительно темпера)туры для полуограничепного тела; на фиг. 3 показано перемещение з 0фронта температуры Т(х с =Т(х т 2) вэкспериментальном стержне в координатах хи 1)г ат,Экспери)ментальна)я реализация измерениястатической температуры потока Тс предлагаемым способом достигается )по следующейсхеме,В стенке канала 1 (фиг, 1) заподлицо с еговнутренней )поверхностью устанавливают теплоизолированный,стержень 2, в котором на) 40расстояниях х) н х 2 от торца стержня, обращенного к потоку, заделывают две рабочиетермопары 3 и 4. По показа)ниям этих термопар определяют характер изменения температуры в указанных точках стержня во времени. 45Третью термопару 5 располагают на теплоизолированном торце стерж)ня и она служитдля контроля момента нарушения условийраспространения тепла в полупространстве.Характеристики а и Л материала стержня, 50расстояния х, и х а та)кже начальную температу)ру стержня Т, полагают известными.Если известен коэффициент теплоотдачи всечении канала, в котором установлен теплоизолированный стержень, то достаггочно зафиксировать время т 1 и т, достижения в любой из точек х, или х, какой-нибудь температуры Т(хит,) или Т(хт 2) и тогда статическую температуру потока Т определяют из соотноше)ния (1), Однако коэффициент чаще 60всего неизвестен. В этом случае при проведении измерений фиксируют время т( и тг достижения в каждой из этих точек какой-нибудь одинаковой температуры Т(хь т =(4т. е. безразмерной О=Ыет, На основании выражения (1) справедливо следующее соотношение:Х а ааегс ехр - х, + - а-.его Х2)г а лХ (- + - )гае,= ег(с/ а ааХ(- + )га,) (2)Далее, удовлетворяя, например, методом подбора соотношению (2), определяют коэффициент теплоотдачи а, после чего для на. хождения температуры потока Тг достаточно подставить полученное значение а в ура)внение (1).Упрощение вычислений а и Т на основании описанных выше изгмерений возможно при использовании таблиц зависимости В, =- =1(Ва 1 г Росс) для каждого 9=2 Ыет как парааметра, где В= - х - локальный критеХарий Био, а Ро= - локальное число Фурье.Х 2Такие таблицы составлены для каждого из 0=0,01; 0,02, 0,03; 0,8 в диапазоне чисел В(аУГо.=0,02 - 10. Соответствующие значения получены из уравнения (1) На фиг. 2 эти таблицы интерпретированы графически.Для того, чтобы воспользоваться фиг. 2,необходимо построить в координатах х 2, ат перемещение в экспериментальном стержне фронта температуры Т(хт,) =Т(х т 2), т. е. О=Ыет (фиг. 3)Умножением координат х, 1 г ат (фи(г 3) наавеличину - мы переходим к графику В(се=(ВсаУГо), приведенному на фиг. 2. Если совмещать фиг. 2 и фиг. 3, то при правильно подобранной величине - черезлэкспериментальные точ)ки 1 и 2 пройдет изотерма О, которая и будет искомой. Для более точного определения величин а, Т необходимо воспользоваться у)помянутымй таблицами Вь=(Всат Го) при Й=Ыет.При больших значениях а, когда В, Ро)2,8 зависимость (1) без ущербадля точности может быть заменена предлагаемым простым соотношением.Хх+ -Й = ег)с= (3)2 )/атПредмет изобретенияСпособ определения температуры газового потока с помощью теплоизолированного цилиндрического стержня с известными тепло- физическими свойствами, по оси которого на фиксированных расстояниях расположено два термочувствительных элемента, отличающий384 О 26 г,ю Фиг Г ся тем, что, с целью повышения надежности, измеряют два момента времени, соответствующие одинаковым показаниям термочувствительных элементов и вычисляют температуру по известному соотношению распространения тепла в полуограниченном теле.Заказ 2636/17 Изд,163 Тираж 755 ПодписноеЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССРМосква, Ж, Раушская наб д. 4/5Типография, пр. Сапунова, 2