Устройство для измерения распределения локальных тепловых потоков

О П И С А Н И Е (и 1 705281ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз СоветскнхСоцнвлнстнческнхреспублнк К АВТОРСКОМУ,СВИДЕТЕЛЬСТВУ 61) Дополнительное к авт. саид-ву22) Заявлено 22.08,7 5 (21) 2166253/18-1 51)М. Кл. 6 01 К 17/06 с присоединением заявки Государстоекивй комкте СССР во делам кзобретенкй к открмтой(72) Авторы изобретен Немчеик Э. Н. Вознесенский и(71) Заявите ТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯНИХ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ 54) УСТРОИСЛОКАЛЬ Иэобрет мерительно , вам измере тепловых п по плотнос для исслед в Вакуумнь .средней и ение относитсяк области из-й техники, а именно, к средстния распределений локальныхотоков, сильно неоднородныхти, что характерно, напримерований теплообмена на моделяхх аэродинамических трубахмалой мощностей. Известно устройство для измерения 1 о распределений локальных тепловых потоков вспомогательной стенки, включающее набор индивидуальных тепломеров с отдель.ной вспомогательной стенкой из пластмас. сы у каждого, размещенных либо непосред 1 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 оиажде нием 111. Тепломеры в этих устройствах снабжены термобатареями, измеряющими перепад температур на гранях вспомогательной стенки,Недостатками укаэанного устройстваявляются большие размеры тепломеров, атакже нерадиональность компоновки устройства, выразившаяся в многослойностиконструкпии, ненадежности теплового контакта между слоями, что существенно увеличивает. погрешность измерения за счетрастекания тепла, Поэтому устройство непригодно для измерения распределенийтеттловых потоков, сильно неоднородныхпо плотности, т,е. таких, когда существенное (на порядок) изменение плотностидействующего теплового потока происходит на расстоянии, сравнимом с размерами самих тепломеров,Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство,содержащее изотермическое основание сустановленными на нем первичными преобразователями теплового потока, каждыйиэ которых включает измерительный слойи дифференпнальную термопару со спаями,размещенными на противоположных сторонах слоя 1,21,3Недостатками этого устройства являются искажения показаний индивидуальных преобразователей из-,за сохраняющегося в действиетльности отличия в теплопроводностях смолы и материала датчиков, состоя поверхности слоя 6 - абсолютные микротермопары 8.Измерительный слой 6, размещенный на всей внешней термостатируемой поверх- ности модели 1 или большей ее части,вы 705281 ших из трех разнородных слоев, и невысокая полнен для всех дифференциальных микролокальность для измерения распределений термопаров 7, Спаи О, 10 дифференциальных микротермопар 7. Расположены соответ. локальных тепловых потоков цри моделировании и исследованиях явлений тепло- ственно на внутренней и наружной поверхОобмена в уменьшенном масштабе. ностях слоя 6, причем, термоэлектродыЦель изобретения состоит в повышении дифференциальных микротермопар 7 иметочноСти и улучшений пространственного ют толщину,ют толщину; - (1 о - ; 10 . и прони"разрешения при измерении в пределах малой плацади распределений локальных тепзывзют слой 6 по нормали, а наружныеловь 1 х потоков, сильно неоднородных по спаи 10 микротермопар удалены от местплотности,"ввода термоэлектродов в слой 6 на расУказанная цель достигается тем, что стоянии 6 И -. ЪЪ При этом участкив предлагаемом устройстве измерительные термоэлектРодов от наружных спаев 10слои первичных преобразователей теплово- , , до мест ввода в слой 6 закреплен 61 наго потока выполнены в виде обшего для наружной поверхности этого слоя, а провсех дифференциальных термопар слоя, на- вода 11 всех микротермопар по нижнейнанесенною на изотермическое основание, поверхности слои 6 выведены на соединипричем наружные спаи дифференциальных теиьную колодку 12, которая электричесЖрмбпар удмены от мест ввода термо ки связана с входом многоканального комэлектродов в слой пропущенных сквозь мутатора, например, переключателя типанего по нормали, а участки термоэлектро- ПМТ, выход последнего соединен сЗов от наружнйх спаев до мест ввода втермопарным потенциометром, например,слой закреплены на наружной поверхности Р 37-1 или Р 348.слоя, При этом толщина измерительного Зо Устройство работает следующим обраслоя связана с характерным линейным раз- зоммером неоднородности теплового потока, Модель 1 устанавливают в рабочей камере вакуумной трубы в потоке подогресоотношением . - 2, (о +НО . где того разреженного,-газа. Через штуцерыЬ- толщина измерительного. слоя, Ь - З 5 2, 3 по соответствующим трубопроводам- .характерный линеййый размер неоднород- через полость корпуса модели прокачиваности" тепловою пбгока, причем наружные, ется термостатирующий агент 4. Стацноспаи дифференциальных термопар удалены нарный или квазистационарный конвективот мест ввода термоэлектродов в слой ный тепловой поток, действуя на наружна расстояния СЪЪ - .ЪЬ при относитель- ю ную поверхность единого измерительного;ной толщине термоэлектродов., слоя 6, нижняя поверхность которого тере 240-" +40- мо атирована при некоторой температу,Ь.,., Ре Т, измеряемой и контролируемой микгде д,- диаметр,теРмоэлектродов ротермопарами 8, формирует определенноеНа фиг. 1 показан общийвид описыва- м тепловое поле в нем. Это поле при малой.емого устройства; на фиг. 2 -:схема Устакривизне поверхности модели 1 и тонкомновки дифференциальной микротермопары. измерительном слое 6 описывается уравУстройство содержит. модель 1 (или пением Лапласа в видехолодильник) с плоской или слабо искривленйойповерхностью, вьтолненную из ма-. ,оТ ЭТтериала с высокой теплопроводностью, па- в + - ф - =о ")от ат атах э аР=пример из меди, штуцеры 2, 3 для вводаи вывода термостатирующего агента 4,электроизоляционный спой 5, измеритель где Х, Ъ, 7, ортогональные координаты,ный слой 6 из однородного изотропного . причем Х и 1 взяты вдоль внутреннейматериала с низкой тейлопроводностыо, " поверхности слоя; Т температура внапример из органического стекла, диффе- точке слоя ( Х,ч, Х ).нциальные микротермопары 7, первич, В общем" случае распределение тепловоные преобразователи температуры нижней го потока, падающего на наружную и ерхЬ дустройством и устранить искажения тейлового поля индивидуальными преобразователями теплового потока, а также существенно повысить пространственное разрешение при значительном упрощения устройства,В устройстве за счет выбора толщии измерительного слоя в соответствии3с соотношением -(2 Ло -. 1 Ло и рвциЬонального размещения, выбора материалаи диаметра микротермопар в соответствиис соотношением С Ъ - : ЗЪ при,Ъ.що- Л.съ сведено к мвнимуму нежелательное растекание тепла в измерительномслое, а также"искажеиие показания термопвр из-ев оттока тепла по теплоэлектродам. Точность измерения сильно неоднородных распределений тепловых потоковданным устройством существенно повышается как за счет улучшения пространственного разрешения, так и за счет устранения искажений, вызванных применениеминдивидуальных преобразователей, теплового потока,Данное устройство дает возможность проводить измерение распределений локальных тепловых потоков с пространственным разрешением не уже Л Лопри суммарной погрешности измерений не более 2%. формула изобретения 1. Устройство для измерении распределения локальных тепловых потоков, преимущественно на модели в аэродинамической трубе, содержащее изотермнческое основание с установленными на нем первичными преобразователями теплового по тока, каждый из которых включает измерительный слой й дифференциальную термонвру сь спвями, размещенными на нротивоположных сторонах слоя, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повьпцения точности и улучшения пространственного разрешения при измерении в преде лах площади распределений локальных тепловых потоков, неоднородных по плотнос. ти, измерительные слои первичных преоб разоввтелей выполнены в виде общего для всех дифференциальных термопар слоя, нв несеяного на изотермическое основание, причем наружные сваи дифференциальных термопар удалены от мест ввода термоэлектродов в слой, пропущенных сквозь него по нормали, в участки термоэлектро 5 705281ность измерительного слоя 6, должно находиться из решения уравнений (1) с соопетствующями граничными условиями.Однако, вобрав толщину измерительногослоя 6 в соответствии с приведенныМИ 5выше условиями43 -я, Л- 61 1 О - .ИО, (2)Ъ)квк это осуществлено в данном устройст.ве, из (1) можно получить приближенное" оравенство=Я (3)связывающее местные значения фщ плот 15ности дейсвующего теплового потока илокальной разности температур между поверхностями измерительного слоя 6 ( А -коэффициент теплопроводности материаласлоя), Погрешность С, с которой выполняется равенство (3), обусловлена расте- .канием тепла в измерительном слое и равна приближенног3 Т -Т" ЬиСледовательно, в силу условии (2).(1ИИзмерение распределения локальнойразности температур Т,-Т,а тем самым,30и распределения величины ся (см. (3)и (4) осуществляется при помощи множест.ва дфференцивльных микротермопар 7,которые через коммутатор поочередно подключаются к термопарному потенциометру.35Локальность этих измерений определяется только размерами наружных сцаевдифференциальных микротермопар 7, установленных согласно фиг. 2., причем воз,мущение теплового поля нормальными:участками термоэлектродов в точке размещения сная 10 данной термопарыи других термопар устраняется в результате удаления сная на расстояниеот места выхо;да нормальных участков термопарных про,водов в соответствии с формулой 6 Л - . 5 Ьпри относительной толщинед- 2, .-1- (1 4 О -,1 ЛОВ данном устройстве для измеренияЪр спределения сильно неоднородных е вых потоков набор индивидуальных первич-ных преобразователей теплового потокаградиентного типа заменен единым измерительным слоем, снабженным множеством первичных преобразователей разности 55температур между поверхностями слоядифференциальных микротермопар, что позволяет проводить исследование распределения локальных тепловых потоков одним705281 дов от наружных спаев до мест ввода вслой закреплены на наружной поверхности слоя,2. Устройство по.п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что толщина измерительного слоя связана с характерным ли-,нейным размером неоднородности тепловоф) -1.го потока соотношением - (к 2 10 - :1 4 О)10где- толщина измерительного слоя,Ь- характерный линейный размер неоднородности теплового потока.3. Устройство по и. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что наружные спаи шкова Корректор Н,Подписноеного комитета СССРий и открытий, Раушская наб., д. 4/ ка Ужгород, ул. Проектная атен лиал С оставителРедактор Л. Бибер Техред Н. 15/43 Тираж 76ЦНИИПИ Государстпо делам изобрете 113035, Москва, Ждифференциальных термопар удалены отмест ввода термоэлектрщов в слой натрасстояние С Ь - : 3 Ь при относительнойтолщине термоэлектродов СИО :1 1 о,где д - диаметр термоэлектродов,Источники информапии,принятые во внимание при экспертизе1, Якоб М, Вопросы теплопередачи.Москва, НИЛ, 1969, с. 276-278.2. Геращенко О. А., Федоров В, Г.Техника теплотехнического эксперимента.Киев, "Наукова думка", 1964, с. 150