способ измерения распределения температуры в скачке уплотнения и устройство для его осуществления
Классы МПК: | G01K13/02 для измерения температуры движущихся жидких и газообразных веществ или сыпучих материалов G01K11/00 Измерение температуры термометрами, действие которых основано на изменении физических или химических свойств веществ в зависимости от температуры, не отнесенными к группам 3/00, 5/00, 7/00 или 9/00 |
Автор(ы): | Бесогонов А.П., Липанов А.М. |
Патентообладатель(и): | Институт прикладной механики Уральского отделения РАН |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-11-05 публикация патента:
20.05.1999 |
Изобретение относится к температурным измерениям и предназначено для измерения высоких температур газовых потоков в соплах энергетических установок и ракетных двигателей. Способ измерения распределения температуры в скачке уплотнения заключается в том, что воздействуют газовым потоком на подвижную ленту с термоиндикаторным покрытием. Ленту с покрытием перемещают в период установившегося газового потока со скоростью 5 - 10 м/с. По структурным изменениям покрытия определяют распределение температуры. Устройство для измерения распределения температуры в скачке уплотнения содержит плоское сопло с щелью и диск с закрепленной на нем лентой. Диск подвижно установлен с внешней стороны стенки сопла. Лента имеет покрытие, фиксирующее тепловое поле. Изобретение позволяет повысить разрешающую способность измерения распределения температуры. 2 c. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
1. Способ измерения распределения температуры в скачке уплотнения посредством термоиндикаторных покрытий, отличающийся тем, что воздействуют газовым потоком через щель в стенке сопла, выполненную в зоне скачка уплотнения, на подвижную ленту с покрытием с низкой температуропроводностью и перемещают ленту с покрытием в период установившегося газового потока со скоростью 5 - 10 м/с, после чего исследуют структурные измерения покрытия, по которым определяют распределение температуры. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала покрытия с низкой температуропроводностью используют пленку из кластеров железа в среде парафина. 3. Устройство для измерения распределения температуры в скачке уплотнения, содержащее плоское сопло, отличающееся тем, что на боковой стенке сопла выполнена щель, с внешней стороны стенки сопла на опорах, неподвижно закрепленных на сопле, подвижно установлен диск с закрепленной на нем лентой с покрытием, фиксирующим тепловое поле, причем другой конец ленты соединен со штоком пневмоцилиндра.Описание изобретения к патенту
Изобретения относятся к температурным измерениям и предназначены для измерения высоких температур газовых потоков в соплах энергетических установок и реактивных двигателей. Точное изменение распределения температуры в скачке уплотнения имеет фундаментное значение и необходимо для решения задач молекулярной газовой динамики, например динамики кластера при прохождении скачка уплотнения. Известен способ регистрации положения ударного фронта (скачка уплотнения) методом следов на закопченной стенке взрывной трубки [1]. Этот способ измерения не позволяет определить распределение температуры в скачке уплотнения и ударной волне. Из известных способов наиболее близким по технической сущности является способ измерения распределения температуры на поверхности ударной трубы или сопла посредством термоиндикаторных покрытий, которые являются суспензиями высокодисперсионных веществ с определенными температурами плавления и наполнителей со связующим на основе синтетических смол [2], заключающийся в том, что эти покрытия наносят на внутреннюю поверхность сопла и о распределении температуры судят по изменению цвета покрытий. Недостатками способа является низкая разрешающая способность измерения распределения температуры вследствие высоких градиентов температур на длинах порядка несколько микрометров, имеющих место в скачках уплотнения. Известное устройство представляет собой сопло с нанесенным на его внутренней поверхности термоиндикаторным покрытием [2]. Это устройство не обеспечивает фиксацию теплового потока вследствие пульсации давления и турбулентности газового потока. Задача изобретения - повышение разрешающей способности измерения распределения температуру. Задача решается тем, что воздействуют газовым потоком через щель в стенке сопла, выполненную в зоне скачка уплотнения, на подвижную ленту с покрытием с низкой температуропроводностью и перемещают ленту с покрытием в период установившегося газового потока со скоростью 5...10 м/с, после чего исследуют структурные изменения покрытия, по которым определяют распределение температуры, а в качестве материала покрытия с низкой температуропроводностью используют пленку из кластеров железа в среде парафина. Этот способ осуществляют устройством, содержащим плоское сопло. На боковой стенке сопла выполнена щель, с внешней стороны стенки сопла на опорах, неподвижно закрепленных на сопле, подвижно установлен диск с закрепленной на ней лентой с покрытием, фиксирующим поле, причем другой конец ленты соединен со штоком пневмоцилиндра. Способ основывается на фиксации распределенного по оси сопла теплового потока на покрытие, которое нанесено на поверхность ленты. При этом диск с прикрепленной лентой поворачивают вокруг оси на угол, равный длине нанесенного на ленту покрытия. Высокоградиентный тепловой поток, сосредоточенный в скачке уплотнения в условиях плоского сопла, фиксируется на покрытие без искажений. Этому способствуют два фактора. Прежде всего минимальное время нахождения покрытия в зоне газового потока за счет узкой щели и высокой скорости вращения диска. Время пребывания содержит менее 0,001 с. Для обеспечения этого времени пребывания протяжку ленты необходимо производить со скоростью 5...10 м/с. Другой фактор - это низкая температуропроводность материала покрытия, оцениваемая числом Фурье![способ измерения распределения температуры в скачке уплотнения и устройство для его осуществления, патент № 2130592](/images/patents/341/2130592/2130592-2t.gif)
где
![способ измерения распределения температуры в скачке уплотнения и устройство для его осуществления, патент № 2130592](/images/patents/341/2130592/2130592-3t.gif)
![способ измерения распределения температуры в скачке уплотнения и устройство для его осуществления, патент № 2130592](/images/patents/341/2130169/964.gif)
![способ измерения распределения температуры в скачке уплотнения и устройство для его осуществления, патент № 2130592](/images/patents/341/2130014/948.gif)
1. Нестерихин Ю.Е., Солоухин Р.И. Методы скоростных измерений в газодинамике и физике плазмы. - М.: Наука, 1967. 2. Боровой В.Я. Течение газа и теплообмен в зонах взаимодействия ударных волн с пограничным слоем. - М.: Машиностроение, 1983. (прототип).
Класс G01K13/02 для измерения температуры движущихся жидких и газообразных веществ или сыпучих материалов
Класс G01K11/00 Измерение температуры термометрами, действие которых основано на изменении физических или химических свойств веществ в зависимости от температуры, не отнесенными к группам 3/00, 5/00, 7/00 или 9/00