Способ определения лучистой составляющей теплового потока в высокоэнтальпийном газе

(19) 111 50 4 С 01 К 17/08 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИА ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ х измерений, Цельюляется повышение точния лучистой составляюпотока, Датчик, иэговарцевай стеклокерамиеплофизичесэобретения ости определеей тепловога товленныи ки, взвеш и после вают до на расудаляют ппе й поверхности ассчитывают л нагре плава га опя оков У к взвеши и составляющут теплового и Ч л по 42 (- С Ч= ар мул 0,1)ЧСк ный в атчик ия пл ки дале ка по вес да. расплав вективнь то-к л суммарны вой пото2 ил.,э Чй теш аб енки распла фтоков, е точток ведены в табл,1,СУДАРСТВЕККЫЙ КОМИТЕТ ИЭОБРАЖЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМИ П(НТ СССР(71) Институт проблем материаловедения АН УССР(56) Авторское свидетельство СССР У 201732, кл, С 01 К 17/08, 1967,Авторское свидетельство СССР Вф 1203380, кл, С 01 К 17/08 у 1986 ф (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛУЧИСТОЙ СОСТАВЛЯКЗЦЕЙ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА В ВЫСОКОЭНТАЛЬПИЙНОМ ГАЗЕ(57) Изобретение относится к технике забретение относится к техник теплафизических измерении и может найти применение при исследования высокотемпературных газовых поЦель изобретения - повышени .ности определения лучистой составляющей теплового потока.На фиг. показана зависимость коэффициента газификации кварцевого стекла (точка 1), чистой и легиро-, ванной керамики (точки 2,3) от энтальпии заторможенного потока в диапазоне 10 - 3,5 10 Па на фиг25 Бзависимость относительной доли лучистого теплового потока от величины уменьшения коэффициента газификации (прямая - обработка по методу наименьших квадратов, точки - эксперимент),Способ основан на зависимости коэ фициента газификации кварцевой стеклокерамики от энтальпии торможения и лучистой составляющей теплового поа, установленной экспериментальноС целью определения коэффициента газификации Г исследовались образцы кварцевого стекла, чистой и легированной окисью хрома кварцевой стекло керамики в струе электрадугового подогревателя газа, на установке со местного радиационно-конвективного нагрева и в сверхзвуковой струе газогенератора, работающего на топливе керосин - кислород,Режимы испытаний датчиков из материалов на основе кварцевого стеклВзвешивание образцов с пленкой расцпава С и без нее Сдает возмс ыссть определить коэффициент газкфнкацш, который рассчитывается по формулеСм СпГ= - )Сн Скгде С- начальный вес датчика,Точность определения коэффициентагазификации в значительной степенизависит ст количества материала,унессппсгс потоком газа в жидком илитвердом состояниях. Однако результаты нагрева образцов в струе газогенератора (режим 1) показывает, чтодаже если предположить в этих условиях =О, тс и в этом случае укосмассы потокомаза не превышает 107,В дозвуковой струе эпектродуговогопсдсгреватепя динамическое давлениебыло почти на два порядка меньше,чем1л струе, газогенератора, Следователь с, вь сская вязкссть пленки расплавакварцевого стекла и кварцевой стеклоксрампкп в таких условиях нагревапрактически исклпочает срыв пленки сбоковой поверхности образца,Определение ксэ 4 к 1 гцпелта газификации в струе газсгеяератсра прсвсдипссь в ;папазсне времепп нагрева4-30 " 11;пюдение процесса оплавления, се. ст 1 поверхности образцов после пс:ытаппй и их взвешивание с пленкой расплава С и без нее С позволили сделать попод с том, что на образцах чистой кварцевой стекпокерампкидс 15 с нагрева унося материапа потоком газд не происходит. 11 а образцах легированной керамики срыва пленки с боковой погерхности е наблюдалось дс 30 с нагрева, Отсюда следует,что прп повышенных давлениях газсвогс потока дпя определения коэффициента газификации следует использоватьпегпрсвдпную керамику и сократитьвремя эксперимента.Экспериментальные данные на фиг,1хсрсшс аппрсксимируются уравнениемГ = -7,38 10 1 е + 2,177 1 О Те8 24.- 0,735,где Те - энтальппя заторможенногопотока, кДж/кг.Пз апг.1 видно, что коэффициентгазификации монотонно возрастает приувевнчснии энтапьпии торможения и впределах погрешности эксперимента независит ст плотности и степени проз 45 50 55 5 1 О 15 20 25 30 35 40 рачности материала (легированнуюокисью хрома кварцевую керамику в условиях конвективного нагрева можносчитать непрозрачной). Пористостьобразцов кварцевой стеклокерамики,изготовленных из шликера прозрачногостекла, находилась в пределах 10-123,Результаты определения коэффициента газификации при конвективном на"греве приведены в табл.2.Из табл,2 следует, что коэффициентгазификации при постоянном значенииэнтальпии торможения не меняется,даже если при этом изменяется температура поверхности и тепловой потокЧиспенные расчеты показывают, чтоизменение давления торможения в1000 раз (от 1 О до 10 Па) приводит3 6к изменению коэффициента газификациине более, чем на 207, поэтому влиянием давления в исследуемом диапазонеможно пренебречь. Этим же расчеты дают значение максимального коэффициента газификации 0,9. Сильное изменение коэффициента газификации происходит в диапазоне энтапьпии торможения4000-1500 кДж/кг. При этом коэффициент газификации возрастает от О,1до 0,87 (фиг,1) и в дальнейшем практически не меняется, Поэтому максимальное значение Г принимают равным0,9,Дня определения зависимости коэффициента Г от доли лучистой составляющей теплового потока образцы стекпоксрамикп испытывались при постоянном значении энтальпии торможения(режимы 6-8, 10,11).Результаты определения коэффициента газификации при совместном рациацпсннс-кснвективном нагреве, приведены в табл,3 и на фиг,2. Полученная на установке совместногс радиационно-конвективного нагрева зависимость по результатам испытаний образцов легированной кварцевой керамики приведена на фиг,2 (прямая обработана по методу наименьших квадратов, точки - эксперимент).Из фиг,2 видно, что коэффициент газификации уменьшается прямо пропорционально увеличению доли лучистой составляющей теплового потока. Это происходит за счет уменьшения градиента температуры у поверхности, а следовательно, уноса большей доли материала с пленкой расплава.5 15254Обработка результатов, представленных на фиг.2, по методу наименьщих квадратов позволяет для расчета лу-, чистой составляющей предложить формулу в виде581 42 п (-" в " -- О 1)ф % С - С , фн кгде ц - суммарный тепловой поток",СС - начальный и после удыения 10пленки раеплава вес датчика;- вес пленки, расплава. 83 бдатчика, обладает явным преимуществом перед другими способами. Формула.и з обр е те ни а Способ определения лучистой составляющей теплового потока в высокоэнтальпийном газе, заключащцийся втом, что датчик моделирующий формуисследуемого изделия, помещают нгаз, измеряют суммарный тепловой поток, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повыщения точности, предварительно измеряют вес датчика, изготовленного из кварцевой керамики,а после нагрева датчика в газе удаляют с боковой поверхности датчикапленку расплава, измеряют ее вес ивес датчика после удаления пленкии определяют лучистую составляющуютеплового потока по формуле8о 1,42 ( ---- 0,1)ои ф С- С фигде п - лучистая составляющая теплового потока;Ч - суммарный тепловой поток;Са - начальный вес датчика;С - вес датчика после удаления пленки расплава;3 - вес пленки расплава,Однозначная зависимость коэффициен.5 та газификации от доли лучистой составляющей теплового потока при 1 е5000 кДж/кг является основой предлагаемого способа. Наиболее целесообразно применение данного способа в высокоэнтальпийных газовых потоках,когда коэффициент газификации в условиях только конвективного нагрева достигает практически предельного эначе ния 0,9 . В этих условиях выделение лучистой составляющей представляет,. наибольщий интерес. Однако из-за высоких значений суммарного теплового потока осложняется применение даже водоохлаждаемых датчиков. Поэтому предлагаемый способ, основанный на30 измерении доли испарения материала Таблица 1 Режим цк, с 1, 1 е, Ре 10, (ф/С)о нкВт/м кйт/м кДж/кг Па кг/мс4 4700 7200 7400 8600 10600 12300 12300 12300 12300 15000 15000 12300 15400 520010500 8400 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14700 5850 6000 7650 10500 10500 10500 10500 11500 12600 12600 14000 19500+Легированнаяфф ЧистаяКварцевое стекло2 ЛегированнаяЧистаяКварцевое стекло3 Легир ов анн ая4 Легир ов анн аяЧистаяКварцевое стекло5 Легированнаяб Легированная9 ЛегированнаяЧи си аяКварцевое стеклоЧистаяЛегированнаяЛегированная 14700 2600 14700 2450 14700 2360 5850 2490 5850 2480 5850 2370 760 2650 76502620 7650 2620 7650 2590 10500 2710 10500 2840 11500 2800 11500 2710 11500 2660 12600 2840 14000 2820 19500 2900 1 О 12 13 х+х,Легированная кварцевая стеклокерамика (О 5 Х Сг О ) Ф й Э ф 1 иетан кварцевая стекнокерамика, Таблица 3 С 10 Сд 10 С р 10 кг кг кг1525483 ОЯ Составитель Ю.йщриановТехред Л.Сердюкова Корректор Т,Игл ен Редактор И,Келемеш Заказ 7210/34 Тираж 573 ПодписноеВИИИПИ 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, 111