Устройство для измерения температурного поля газового или жидкостного потока

 

Установка предназначена для исследования изменения полей температур с задаваемой частотой при использовании различных материалов преобразователя температур, которые позволяют точнее провести верификацию расчетных CFD кодов.

Технический результат, заключающийся в обеспечении представительности измерений для верификации CFD программ к описанию температурных пульсаций потоков, определяющих надежность, и ресурс большого числа элементов энергетического оборудования, достигается за счет того, что золотник позволяет задавать частоты изменения температурных полей на поверхности преобразователя температур, а конструкция корпуса обеспечивает быструю замену исследуемых преобразователей температур, для подбора оптимальных материалов для создания тепловизионных стендов.

Установка предназначена для исследования полей температур в неизотермических потоках и обеспечивает экспериментальные данные, необходимые для верификации и настройки программ трехмерного теплогидравлического расчета. Турбулентные неизотермические потоки сопровождаются пульсациями температур, во многих случаях определяющими надежность и ресурс энергетического оборудования. Поэтому актуальными являются задачи их экспериментальных и расчетных исследований.

В настоящее время в РФ и зарубежом активно ведутся работы по адаптации программ трехмерного теплогидравлического расчета (CFD) к описанию неизотермических потоков в элементах энергетического оборудования, причем одной из основных целей внедрения является анализ и обоснование ресурса оборудования, подверженного термоциклическим нагрузкам. Проблемой, сдерживающей внедрение CFD программ, является практически полное отсутствие экспериментальных данных по пульсациям температур в неизотермических потоках.

В соответствии с теоретическими представлениями (например, Колмогоров 1941), в турбулентном потоке должен существовать сплошной спектр частот, характеризующих вихревые движения разных масштабов. Практический интерес, с точки зрения влияния на температурное состояние стенки, оказывают движения с частотами до ~ 5Гц. Измерить такие частоты существующими средствами не представляется возможным.

Так, известны устройства для измерения температурных полей газовых и жидкостных потоков в виде контактных зондов на основе термоприемников, в которых преобразователями температуры, то есть термочувствительными элементами, являются термопары или термометры сопротивления (см. стр.206-212 и рис.54 на стр.211 в кн. Бошняк Л.Л.

Измерения при теплотехнических исследованиях. Л.: Машиностроение (Ленингр. отд-ние), 1974. - 448 с). Такое устройство (измерительный зонд) устанавливается в точку измерения в газовом или жидкостном потоке и проводится замер температуры методами, соответствующими типу чувствительного элемента. Затем зонд перемещается в следующую точку и цикл измерения повторяется. Данные устройства имеют следующие недостатки. Устройства являются контактными, поэтому размещаемые в потоке зонды возмущают его, нарушают характер течения и тем самым искажают результаты измерения температурного поля. При проведении замеров поля температуры во множестве точек потока такие исследования становятся затяжными во времени и трудоемкими. Кроме того, необходимо иметь дополнительное и достаточно сложное оборудование, обеспечивающее перемещение и точное позиционирование зондов в пространстве (координатники). К недостаткам устройства следует отнести и присущие термоприемникам особенности: инерционность преобразователей температуры, затрудненность точного ориентирования приемных отверстий зондов навстречу потоку, в условиях, когда направление потока неизвестно. Перечисленные недостатки делают невозможным применение данных устройств для измерения температурных пульсаций.

Также известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ГАЗОВОГО ПОТОКА (патент RU 2230300 от 10.04.2002 G01K 13/02). Устройство содержит преобразователь температуры и снабжено тепловизионной камерой. Преобразователь температуры выполнен в виде сетки из нитей, причем материал нитей сетки имеет коэффициент теплопроводности, составляющий 0.951.05 коэффициента теплопроводности газа, толщина нитей сетки составляет 1050 мкм, а расстояние между нитями сетки составляет 100200 толщин нитей, кроме того, сетка выполнена с термоиндикаторным покрытием. Такое выполнение устройства и использование тепловизионной камеры позволяет проводить безинерционные бесконтактные (не возмущающие поток) измерения температуры, что обеспечивает, в том числе возможность представительных измерений температурных пульсаций. Кроме того, обеспечивается одномоментное измерение температурного поля газового потока в максимально большей области потока.

К недостаткам данного устройства относится то, что в известном устройстве присутствует сетка - преобразователь температуры, что позволяет выполнять измерения температурного поля только в газовом потоке, так как жидкость является непрозрачной для инфракрасного излучения, недостоверность и длительное время измерения параметров.

Кроме того известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ГАЗОВОГО ПОТОКА (патент RU 112409 от 06.07.2011 G01K 13/02). Устройство содержит тепловизионную камеру, преобразователь температуры в виде тонкой плоской стенки, выполненной из нержавеющей стали, с толщиной стенки не более 0,3 мм.

Недостатком данного устройства является ограниченная область применения для исследований температурного поля газового или жидкостного потока с возможностью обеспечения изменения температур на поверхности преобразователя температур с определенной частотой.

Технической задачей, стоящей перед изобретателем, является необходимость создания температурных полей газового или жидкостного потока с определенной частотой изменения температур на поверхности преобразователя температур.

Решение поставленной задачи позволяет обеспечить представительность измерений для верификации CFD программ к описанию температурных пульсаций потоков, позволяющих определить надежность и ресурс большого числа элементов энергетического оборудования.

Задача решается тем, что Задатчик колебаний температур, включающий корпус с подводами (отводами) горячей и холодной воды, золотник с каналами подвода (отвода), который последовательно через вал, шкив и ременную передачу соединен с электродвигателем, с регулируемой частотой вращения.

Золотник установлен с возможностью совершения вращения.

Каналы подвода и отвода золотника выполнены: угловыми, расположенными в разных плоскостях относительно друг друга и кольцевыми, расположенными в плоскостях подводов (отводов) корпуса задатчика колебаний температур.

На фиг.1 изображен Задатчик колебаний температур.

На фиг.2 изображено Устройство для измерения температурного поля газового или жидкостного потока с преобразователем температур.

Устройство для измерения температурного поля газового или жидкостного потока содержит: тепловизор (1), преобразователь температур (2), вращающийся золотник (3) с кольцевыми (4) и угловыми (5) каналами подвода (отвода), корпус (6) задатчика колебаний температур с подводами (7) (отводами (8)) горячей и холодной воды, вал (9), шкив (10), ременную передачу (11), электродвигатель (12).

Устройство работает следующим образом. Горячая и холодная вода через подводы (7) в корпусе (6) задатчика колебаний температур поступает на золотник (3) с кольцевыми (4) и угловыми (5) каналами подвода, который вращаясь, с помощью вала (9), шкива (10), ременной передачи (11) и электродвигателя (12), с заданной частотой перемещает и направляет потоки холодной и горячей воды через корпус (6) на внутреннюю поверхность преобразователя температур (2). Измерения температурного поля производятся на внешней поверхности преобразователя температур с помощью тепловизора (1). Отвод воды осуществляется через угловые и кольцевые каналы отвода золотника и отводы (8) горячей и холодной воды корпуса (6) задатчика колебаний температур. Угловые каналы отвода золотника выполнены аналогично угловым каналам подвода и расположены в разных плоскостях относительно угловых каналов подвода, а кольцевые каналы подвода (отвода), расположены соответственно в плоскостях подводов (отводов) корпуса задатчика колебаний температур.

Таким образом, применение задатчика колебаний температур позволяет достоверно задавать и измерять частоты изменения температурного поля, и дает возможность изучения преобразователей температур из различных материалов, правильный выбор которых позволяет точнее провести верификацию расчетных CFD кодов.

1. Задатчик колебаний температур, включающий корпус с подводами (отводами) горячей и холодной воды, золотник с каналами подвода (отвода), который последовательно через вал, шкив и ременную передачу соединен с электродвигателем, с регулируемой частотой вращения.

2. Задатчик колебаний температур по п.1, отличающийся тем, что золотник установлен с возможностью совершения вращения.

3. Задатчик колебаний температур по п.1, отличающийся тем, что каналы подвода и отвода золотника выполнены угловыми, расположенными в разных плоскостях относительно друг друга и кольцевыми, расположенными соответственно в плоскостях подводов и отводов корпуса задатчика колебаний температур.



 

Похожие патенты:

Прибор для измерения температуры газа и жидкости предназначен для исследования полей температур в неизотермических потоках при относительно высоких параметрах жидкостного и газового потока по температурам и давлениям, что обеспечивает повышение представительности экспериментальных данных для верификации CFD кодов.
Наверх