Способ определения термических напряжений в пористых проницаемых стенках

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ПОРИСТЫХ ПРОНИЦАЕМЫХ СТЕНКАХ, включающий размещение испытуемого образца в камере, охлаждение его путем подачи через поры стенки хладагента, нагревание стенки образца с регистрацией соответствующих параметров и последующим расчетом по формулам, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности и упрощения процесса измерений, хладагент подают с постоянным массовым расходом, в качестве регистрирующего параметра используют давление хладагента на входе и выходе из пористой стенки до и во время ее нагревания .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(59 G 01 N 7 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3617371/23-26 (22) 04.07.83 (46) 23.04.85. Бюл. № 15 (72) М. С. Третьяк, С. М. Аринкин, В. Г. Самусевич и Ф. Б. Юревнч (71) Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова (53) 543.54 (088.8) (56) 1. Топтуненко Е. Т. Основы.конструирования и расчета химических аппаратов и машин. 1968, с. 90 — 93.

2. Аринкин С. М., Третьяк М. С. Конструкционная термопроч ность металлокерамических межэлектродных вставок линейного плазмотрона. — Сб. аВопросы высокотемпературного тепло- и массообменах Минск, АН БССР, 1979,с . 130 — 135.,.Я0„„1151859 А (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ПОРИСТЫХ ПРОНИЦАЕМЫХ СТЕНКАХ, включающий размещение испытуемого образца в камере, охлаждение его путем подачи через поры стенки хладагента, нагревание стенки образца с регистрацией соответствующих параметров и последующим расчетом по формулам, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения процесса измерений, хладагент подают с постоянным массовым расходом, в качестве регистрирующего параметра используют давление хладагента на входе и выходе из пористой стенки до и во время ее нагревания.

1151859

Кз-К вЂ” Г2 (1=7) (2) — r") — 1+р,), а -Rkk (4) — г (2 — 7)), Изобретение относится к механике сплошных сред и может быть использовано для .определения термических напряжений в пористых проницаемых стенках.

Известен способ определения напряжений, метод лаковых покрытий, основанный на том, что поверхность исследуемой конструкции покрывается тонким слоем лака, в котором образуется сетка мелких трещин в зоне повышенных напряжений (1).

Однако этот способ обладает рядом недостатков в части сложности обработки результатов измерений, низкую чувствительность по температуре (до 800 К), недостаточную точность измерений.

Ближайшим техническим решением является способ определения термических н апряжений в пористых проницаемых цилиндрических стенках, включающий размещение пор истого проницаемого образца в камеру, охлаждение его путем подачи через поры стенки хладагента, нагрева ние стенки образца с регистрацией температуры обеих его поверхностей с последующим расчетом по формулам (2).

Главным недостатком известного способа является сложность измерения температуры, так как использование контактных средств измерения дает большие погрешности из-за локального нарушения проницаемости материала в месте контакта с измерительным прибором, Кроме этого при больших градиентах температуры по толщине проницаемой стенки вообще не представляется возможным достаточно точно измерить температуру ограничивающих ее поверхностей контактными приборами. Большую трудность и редставляет измерение температуры поверхностей пористых проницаемых стенок и бесконтактными средствами измерения из-за недостаточного быстродействия существующих приборов, низкой чувствительности по температуре, ограниченности диапазона измеряемых напряжений по температуре, сложности процессов измерений и аппаратуры.

Цель изобретения — повышение точности и упрощение процесса измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем размещение испытуемого образца в камере, охлаждение его путем подачи через поры стенки хладагента, нагревание стенки хладагента, нагревание стенки образца с регистрацией соответствующих параметров и последующим расчетам по формулам, хладагент подают с постоянным массовым расходом, в качестве регистрирующего параметра используют давление хладагента на входе и выходе из пористой стенки до и во время ее нагревания.

При помощи системы подвода и регулирования устанавливают необходимый массовый расход охладителя через пористую

Зо

55 стенку. Измеряют датчиками величины давления газа в объеме со стороны входа и выхода из пористой стенки, соответствующие установленному массовому расходу охладителя. После этого на пористую стенку со стороны выхода газа подают тепловую нагрузку и непрерывно во времени регистрируют изменение давления охладителя со стороны входа и выхода из пористой стенки до установленного теплового режима пористой стенки, о чем судят по прекращению изменения величины давления газа при постоянном устанОвленном вначале массовом его расходе.

Повышение давления газа при постоянном массовом расходе является следствием

его объемного теплового расширения из-за нагрева при прохождении через пористую структуру стенки.

Для плоскодеформированного состояния цилиндрической проницаемой стенки с пористым охлаждением при установившемся распределении температуры по ее толщине п ропорциональные зависимости между величинами давления охладителя на входе и выходе из пористой стенки и величинами термических напряжений в ней имеют вид ! + A To i Ri+ 2 i у г 1 х (I" ÌÂç 0"- 4) йу)(-„) 2 я.,-я — г ); (1) 2 3 2-Т

a<1 — — — — — (А(— ) ( ккт,,+11. v М" R--Н.

1PI Р 2 д Р -К а при отсутствии нагрузки на торцовые поверхности ссЕ А То К вЂ” Кg, у <"> (1 p) (2-ЗТ (2 где а — коэффициент линейного расширения, 1/град;

Š— модуль упругости, Н/м ; т, — начальная температура, К;

p, — коэффициент Пуассона;

Ri, R — радиусы внутренней и внешней поверхностей стенки, м;

1 -текущий радиус, м;

1151859 р2 р2

Р-, Составитель О. Чернуха

Редактор Е. Лушникова Техред И. Верес Корректор В. Бутяга

Заказ 2312/32 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Д вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП <Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4

m — расход газа, кг/м. с;

Ср — теплоем кость охладителя, Дж/кгград;

Х вЂ” теплопроводность пористой стенки, Вт/м град;

P 0 — давление охладителя перед пористой стенкой до теплового воздействия, H/м ;

P1 — давление охладителя перед пористой стенкой при тепловом воздействии, H/м, P — давление охладителя на выходе из пористой стенки, Н/м .

Приведен ные зависимости сохраняют свой вид и в случае плосконапряженного состояния, но величина „заменяется

А g на аЕ.

При определении по приведенным зависимостям термических напряжений в пористых проницаемых стенках используют табличные значения коэффициентов линейного расширения, теплоемкости, теплопроводности, модуля упругости и коэффициента

Пуассона пористого материала при средней температуре стенки, определяемой из выражения

2 2. зо

Выражения, определяющие параметры

А и Т, справедливы для случая, когда гидравлическое сопротивление пористой стенки не зависит от температуры.

Аналогичные зависимости, связывающие термические напряжения в пористых стенках с величинами давления охладителя на входе и выходе из нее, могут быть получены для пористых стенок других геометрических форм и для случаев, когда их гидравлическое сопротивление зависит от температуры.

Пример осуществления способа.

В качестве обьекта взята пористая проницаемая стенка из вольфрама с пористостью 23,5Я и размерами; Ri —— 7.10 м, 14=

101а, м С 3010

В процессе экспериментальной проверки измеряли:

Т =1130 К;

Т =950 К;

m= 11,881(P кг/мс;

Ро=2610 Н/м, P i =50,5 10 Н/м, Ра = 0,5 10 Н/м з;

Известный способ.

Для r=810 M ор — — -5,53 кг/мм и т =-3,22 кг/мм

Предлагаемый способ. ов 5,24 кг/мм и о1 =-3,05 кг/мм2.

Как видно из приведенных данных, ошибка в определении напряжения в пористых стенках по предлагаемому способу в сравнении с известным составляет не более 5,5Я. Причем, определение параметров гт по предлагаемому способу значительно выше в связи с тем, что точность измерения давления (0,5Я) выше, чем температура поверхностей пористых стенок (+7,5 а).

Предполагаемое изобретение позволяет повысить точность определения термических н апряжений в охлаждаемых вдувом пористых проницаемых стенках, расширить по температуре диапазон измерений, упростить процесс измерений и автоматизировать исследование путем ввода экспериментальных данных через модуль связи в вычислительную машину, например 15 ВСМ-5, и по соответствующим программам рассчитать величины термических напряжений.