Датчик теплового потока

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВйдЕТЕДЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 16Х1!1.1971 (№ 1692561/18-10) Ч. Кл. G Olk 17/08 с присоединением заявки №

Государственный комитет

Совета Министров СССР

m делам изооретеиий и открытий

Приоритет

Опубликовано 29.VIII.1 973. Б:оллетень № 36

Дата опубликования описания 9.1.1974

УДК 536.629.7(088.8) Авторы изобретения

Ю. В. Яхлаков, Л. А. Гуськов и А. А. Карпухин

Заявитель

ДАТЧИК ТЕПЛОВОГО ПОТОКА

20 Для достижения этой цели используют датчик теплового потока, содержащий тепловоспринимающий элемент, выполненный в виде стержня, окруженного компенсатором, термопары и систему охлаждения, в котором, сог25 ласно изобретению, тспловоспринимающий элемент и установленный эксцентрично с ним компенсатор снабжены с охлаждаемой стороны ребрами, в виде равномерно расположенных выступов ромбовидного сечения. В ком30 пенсаторе выполнены дренажные отверстия, Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано, например, в экспериментальной газодинамике при исследованиях теплопередачи от высокотемпературного потока газа, например, плазмы.

Известны охлаждаемые датчики теплового потока, которые для повышения быстродействия .и обеспечения возможности проведения измерений при кратковременных процессах снабжены расположенными концентрично с тепловоспринимающими элементами компенсаторами, устраняющими перетекание тепла между тепловоспринимающим элементом и окружающей его стенкой.

Однако для таких датчиков характерно влияние ступенчатого распределения температуры обтекаемой поверхности на границе между тепловоспринимающим элементом и окружающей его стенкой на величину теплового потока.

Это влияние, проявляющееся на некотором расстоянии от границы, разделяющей участки с различной температурой, обусловлено процессом установления, профиля температуры в пограничном слое. Расчет показывает, что область установления профиля может иметь значительную протяженность, а потому площадь поверхности охранных элементов должна выбираться достаточных размеров. В известных датчиках при концентрическом расположении тепловоспринимающего элемента учет указанного влияния может повлечь неоправданное увеличение размеров датчика.

Известно, что для использования результатов измерения теплогых потоков при решении практических задач требуется наряду с тепловыми измерениями проводить измерения других параметров потока, в частности, давленпя на поверхности модели. При применении известны. . датчиков давление обычно:измеряют на специальной дренажной модели в дополнителhнblx экспериментах, что удорожает испытания и снижает их точность.

Цель изобретения — повышение точности измерений, уменьшение размеров конструкции и сокращение времени проведения экспериментов.

396568

H3 IcPTP>ICc II0KB33II0 пРед10»tcIIIIOc > cTPCIIСТВ О.

Датчик теплового потока содержит тепловоспринимающий элемент 1, выполненный в виде цилиндра, компенсатор 2, связанный корпусом 8 с коллектором 4, упирающимся грибовидным выступом 5 в ребра б ромбовидного сечения, выфрезерованные в торцах теплочувствительного элемента и компенсатора. К коллектору 4 подходят питающие магистрали 7 и 8, по которым подводится охладитель — вода. Между выступом 5» корпусом 8 имеются две узкие щели, через которые вода подво IIIIся к ребрам и отводится от них.

На входе и выходе охлаждающего тракта в коллекторе 4 находятся две полости Б и Г.

В компепсаторе 2 и коллекторе 4 выполнены два отверстия 9 и 10. Через отверстие 9 осуществляется вывод электродов термопар 11, 12, заделанных по длине тепловоспринимающего элемента 1. Отверстие 10 является zpeна>кным и служит для измерен Ist давления на поверхности датчика с помощью какого-либо измерителя давления, подключаемого к трубке 18. Снару>ки датчик защищен кожухом 14, имеющем проушины 15 для закрепления датчика на поверхности модели. Зазоры между тепловоспринимающим элементом, компенсатором и кожухом заполнены теплостойкой массой 1б.

Датчик работает следующим образом.

Перед проведением испытаний датчик устанавливают на поверхности модели таким 00 разом, чтобы навстречу потоку была обращена утолщенная часть компенсатора. Термопары подключают к какому-либо регистратору, например, шлейфовому осциллографу. 1(трубке 18 подсоединяют измеритель давления.

При обдуве модели высокотемпературным потоком газа в тепловоспринимающий элемент поступает тепло. При этом прежде чем придти в контакт с поверхностью элемента 1 газ проходит по поверхности компенсатора 2 и приходит в температурное соответствие. Температура обдуваемого торца тепловоспринимающего элемента и компенсатора в процессе эксперимента остается одинаковой, что обеспечивается охлаждением их оребренных торцов.

Выполнение ребер б в виде ромбовидных равномерно располо>кенных выступов, имеющих длину 0,1 — 0,2 от длины тсплочувствительного элемента и компенсатора, позволяет добиться того, что нагрев охладителя при соответствующем расходе не превышает 10—

15 С. Если учесть, что рабочие торцы нагреваются до б00 — 800 С, то с большой точностью можно считать температуру нерабочих торцов одинаковой. Поэтому при одинаковой величине поступающих в тепловоспринимающий элемент и компенсатор тепловых потоков температура их рабочих торцов одинакова.

Величину измеряемого теплового потока рассчитывают по разности температур в двух сечениях тепловоспринимающего элемента с помощью уравнения Фурье.

20 Измеряемое в процессе эксперимента давление на поверхности модели позволяет связать условия моделирования с натуральными условиями.

Расположение тепловоспринимающего элемента эксцентрично компенсатору позволяет при небольших размерах датчика существенно расширить область термокомпенсации, где газ в пограничном слое приходит в температурное соответствие с поверхностью датчика.

Предмет изобретения

1. Датчик теплового потока, содержащий тепловоспринимающий элемент, выполненный в виде стержня, окруженного компенсатором, 35 термопары и систему охлаждения, отличаюиийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в нем тепловоспринимаюший элемент и устано вле ный эксцентрично с ним компенсатор снабжены с охлаждаемой сторо40 ны ребрами, выполненными в виде равномерно располо>кенных выступов ромбовидного сечения.

2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени проведения экс45 периментов, в компенсаторе выполнены дренажные отверстия.

396568

1б 1б 1 2

Составитель В. Агапова

Корректор E. Миронова

Редактор Т. Рыбалова

Техред А. Камышникова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 3615 11 Изд. ¹ 1897

ЦНИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и

Москва, Ж-35, Раушская

Тираж 755 Подписное

Совета Министров СССР открытий наб., д. 415