Эффективность тепловой защиты газовой завесой на плоской стене (1163151), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Расходомерное устройствоУвеличение расхода зависит от перепада давления до тех пор, пока отношениеP1P2Pне станет равным так называемому критическому отношению давлений  1  . При таком P2  кротношении давлений скорость выходного потока из сужающего устройства (диафрагмы)становится равной скорости звука в данной среде. В этом случае массовый расход газа25зависит только от давления Р1 и температуры газа перед шайбой. Теперь, знаякоэффициент расхода шайбы, вычисление массового расхода удобнее вести по формуле:GШ PШ,TШгде PШ – давление перед мерной шайбой, Па; Ш - коэффициент расхода мернойшайбы, TШ – температура воздуха перед мерной шайбой, К.Давление перед шайбой измеряется датчиками давления Honeywell ML-300,давление за шайбой (для контроля сверхкритического перепада) – датчиками ИКД-27.Температура воздуха перед шайбой измеряется термопарой, установленной в каналекаждого из расходомерных устройств.Коэффициенты расхода мерных критических шайб определялись неоднократноповторяющейся тарировкой.

Тарировка мерных шайб осуществлялась объемнымспособом с помощью ротаметров типа РС-250.5.3. Измерение температуры.Температура торможения в форкамере. Из уравнения теплосодержания: k 1 2 T0  T 1 M .2Известно, что в потоке существует термодинамическая температура – Т, итемпературапозаторможеннымпараметрамТ0,котораядостигаетсяприизоэнергетическом торможении относительной скорости до нуля. При малой скоростипотока разность между температурой торможения и статической температурой оченьмала, порядка 1°. Наличие малых скоростей 1  2 м/сек в форкамере установки позволяетнепосредственно измерять температуру торможения термопарой.26Температура вдуваемого газа и проницаемой поверхности.Распределение температуры на поверхности проницаемой пластины в настоящемэксперименте определяется двумя методами: контактным (с помощью термопар) ибесконтактным (тепловизионным).Толщина пористой стенки (10мм) позволяла температуру проницаемойповерхности отождествлять с температурой газа, выходящего из пластины, котораясоответственно измерялась хромель-копелевыми термопарами.

Температура вдуваемоговоздуха измерялась также хромель-копелевыми термопарами, установленными нарасстоянии 2-3 мм от нижней поверхности пористой пластины каждой секции (рис. 4б).Конструкция рабочей части аэродинамической трубы позволяет замену верхнейстенки на инфракрасный экран, изготовленный из монокристалла KCl – материала,прозрачногодляинфракраснойобластиспектра.Припомощитепловизора(тепловизионная камера Flir ThermaCAM SC3000, Швеция) через инфракрасный экранфиксируется температурное поле модели. Использование тепловизора позволяетнаблюдать и фиксировать температуру поверхности пористого элемента, через которыйвдувается газ в основной поток, не внося возмущений и не нарушая сплошностиконструкции, а также получать температурную картину с высоким пространственнымразрешением.Рис.

11. Тепловизионная камера ThermaCAM SC3000Подробное описание заделки термопар – в разделе 4.227Тепловизионная система ThermaCAM SC3000 объединяет в себе комплексаппаратных и программных средств записи данных в реальном масштабе времени иобеспечивает высокие эксплуатационные характеристики и расширенные возможностианализа задач, требующих детального изучения температуры высокодинамичныхобъектов.Технические характеристики тепловизионной системы ThermaCAM SC3000:поле зрения: 20×15,фокусное расстояние: 0,3 м,мгновенное поле зрения: 1,1 мрад,частота получения изображений: 50 Гц,тип детектора: GaAs Quantum Well Infrared Photon Detektor,разрешение матрицы: 320х240 пикселей,время запуска: охлаждение с помощью холодильника Стирлинга до 203С, времяохлаждения < 6 мин,пределы измерения температуры: –20 до 1500С,точность: 2% от измеряемой величины,коррекция влияния окружающей среды: автоматическая,коррекция излучательной способности: устанавливается вводом числа иливыбором материала из списка.5.4 Визуальные наблюдения и фотографирование.Методы визуализации потоков обычно основаны на отражении или на рассеяниисвета малыми твердыми или жидкими частицами, введенными в поток, либо наестественном изменении коэффициента преломления, вызванном изменением плотностисжимаемой жидкости, либо на преломлении света вводимыми в поток струйками иличастицами жидкости с иным коэффициентом преломления.Визуализация потоков особенно необходима в тех случаях, когда движениежидкости сопровождается отрывом потока от стенок, наличием вихрей, скачковуплотненияиразрежения,значительнымиградиентамискорости,давленияитемпературы.

В зависимости от конкретных условий подбирают тот или иной методвизуализации потока. Так при исследовании сверхзвуковых потоков используютсяоптические методы визуализации. Эти методы не требуют введения в исследуемый потоккаких-либо приборов, приспособлений или других физических тел.

Они основаны на28свойстве потока сжимаемой жидкости изменять показатель преломления оптическойсреды в результате изменения плотности движущейся среды. В данном случаеприменяется прибор Теплера (ИАБ-451), принципиальная схема которого представлена нарис. 12. Типичная картине обтекания показана на рис. 13.РегистрацияоптическойнеоднородностиприборомТеплерапроисходитследующим образом. Световой луч от источника света (1) через ограничительную щель(2) и зеркальце (3) попадает на сферическое зеркало (4), затем, отражаясь, проходит череззакошенную линзу – мениск (5) – и становится параллельным. Затем параллельный пучоксвета проходит через рабочую часть, защитные стенки которой сделаны из оптическогостекла, оптическую систему: закошенную линзу (5), сферическое зеркало (4),диагональное зеркальце (3) и попадает в окуляр наблюдательной трубы (10).Фокусируется пучок на так называемый нож Фуко (7) в фокусе линзы.Рис. 12.

Схема теневого прибора Теплера1 – источник света, 2 – щель, 3 – зеркала, 4 – сферические зеркала, 5 – мениск,6 – рабочая часть аэродинамической трубы, 7 – нож Фуко, 8 – полупрозрачное зеркало,9 – фотоаппарат (видеокамера), 10 - окулярИнтенсивность освещения экрана зависит от положения ножа Фуко, которымможно преградить путь некоторой части светового пучка. Если в рабочей части трубыимеются возмущения и среда становится оптически неоднородной, то световые лучи,пройдя через эти участки трубы, отклонятся и встретят на своем пути в фокальнойплоскости непрозрачный нож Фуко. На экране прибора в местах с оптическойнеоднородностью появятся тени или светлые полосы от мест, в которых наблюдаютсявозмущения.ОптическийприборТеплера29регистрируетскачкиуплотнения,характеристики, волны разрежения. По углу наклона характеристики можно определитьскорость потока в рабочей части трубы по формуле:sin  1,Mгде  – угол наклона характеристики.Кроме того, по взаимному расположению характеристик можно судить оравномерности поля скоростей в рабочей части трубы.Теневая картина течения в рабочей части фиксируется при помощи цифровойвидеокамеры (9) с возможностью наблюдения картины течения на экране монитора ПК ителевизионного монитора у рабочей части установки.Рис.

13. Картина обтекания проницаемой поверхности, полученная прибором Теплера305.5 Измерительно-регистрирующая система.В данном экспериментальном исследовании требуется определять большоеколичество параметров (поля давлений и температур), что приводит к необходимостинакапливать информацию с различного рода сенсорных устройств. Для этих целейэкспериментальный стенд оборудован аппаратурой, способной работать в многоточечномрежиме и отвечать высоким требованиям по надежности и точности регистрируемыхданных.В состав измерительно-регистрирующей системы входят (рис. 14): датчики давления и температуры, коммутатор сигналов датчиков, аналого-цифровой преобразователь АЦП, контроллер связи с ЭВМ, персональный компьютер.Рис.

14. Блок-схема измерительно-регистрирующей системыПрограмма эксперимента написана на языке G-программирования в средеLabVIEW и отображается в виде виртуальных приборов (рис. 15), позволяющих вреальном режиме времени отслеживать параметры на экране монитора ПК. Программапозволяет оператору производить накопление наблюдений по мере анализа состоянияпроцесса по показаниям виртуального прибора многократно с фиксированием результатовв протокол.31Рис. 15.

Вид виртуальной панели приборов1 – полная температура в форкамере, 2 – полное давление в форкамере, 3 – число Маха наносике модели, 4 – распределение статического давления по длине модели, 5 – параметр вдува (b),6 – температура вдуваемого газа и температура пористой пластины, 7 – давление передрасходомерными шайбами, 8 – отношение давлений перед и после расходомерных шайб,9 – величины массовых расходов по секциям, 10 – кнопка записи эксперимента,11 – кнопка остановки программы, 12 – распределение числа Маха по длине модели.32VI. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ.Передначаломэкспериментальногоисследованияпроводитсятарировкарасходомерных устройств и тарировка термопар. Перед каждым экспериментомустанавливаем необходимый расход газа по всей проницаемой пластине и температурувдуваемого воздуха.

После запуска аэродинамической трубы и выхода на заданныйрежим, производится дополнительная регулировка расхода вдуваемого воздуха и еготемпературы, которые в процессе эксперимента поддерживаются постоянными.Регистрацияизмеряемыхпараметровпроизводитсяпослеустановлениястационарного теплового режима. Установление стационарного режима определяется понеизменяемости во времени показаний термопар, которое визуализируется в реальномрежиме времени на персональном компьютере.

Время выхода на стационарный тепловойрежим не превышает 15  20 мин. В процессе эксперимента проводится регистрацияследующих параметров (все параметры выводятся в файл):ДавлениеР0(давлениезаторможенноговоздухавресивереаэродинамической трубы).Температура Т0 (температура заторможенного воздуха в ресивере трубы).Статическое давление (Pст) в рабочей части трубы, измеряемое на носикемодели и в каждой проницаемой секции.Давление (Рш) газа до и после мерной шайбы.Температура (Tш) вторичного газа перед дроссельным устройством.Температура (Tг) вторичного газа перед пористой пластиной.Температура (Тст) пористой стенки.Температура (  х ) холодных спаев термопар контролируется ртутнымтермометром.33VII. ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ.1.Рассчитывается число Маха:k 12  P0*  kMi   1 ,k  1  Pстi где P*0 – полное давление в форкамере, атм; Pстi – статическое давление в каналенад каждой секцией модели (из показаний датчиков давления), атм; k – показательадиабаты, для воздуха k = 1,4, i = 1...11.2.T0i Рассчитывается статическая температура в канале, К:T0*  273,k 1 21M2где Т0* – температура торможения в форкамере (из показаний датчика давления).3.Скорость звука:ai  20,1 T0i , м/с.4.Скорость воздуха в канале: 0i  a  M i .5. 0i Плотность воздуха в канале:Pстi 101325,RT0где R = 287,4 Дж/(кгК) – газовая постоянная для воздуха.6.Gj Расход вдуваемого воздуха, кг/с:Fш  constш   j  PшjTшjk 1,0,5 2  2 k 1  k constш    , k 1R  d 2шFш ,4где dш = 1 мм – диаметр отверстия в мерной шайбе, j – коэффициенты расходамерных шайб – приведены в таблице 2, j = 1...8; Pшj, Tшj – давление и температура впотоке перед шайбой (из показаний датчиков давления и термопар).34Таблица 2.

Коэффициенты расхода мерных шайб:j12345678j7. j j0i 0iВычисляется отношение удельных расходов:GjF 0 0,где F = 8.810-4 м2 – площадь секции модели, i = 2…9, j = 1…8.Примечание. Так как первая точка отбора статического давления в канале (индексi) соответствует носику модели, то расчет необходимо начинать с индекса равного 2.8.Рассчитывается температура адиабатной стенки, К:k 1 2 Mi  ,Tст* _ i  Т 0_ i 1  r02где r0 = 0,895 – коэффициент восстановления температуры.9.Вычисляется средняя температура пористой стенки, К:Tстj Tстj1  Tстj 22 273 ,где Tстj1 и Tстj2 – температуры пористой стенки, измеренные термопарами насоответствующей пористой секции, °С.10.Tгj Tгj1  Tгj 22Вычисляется средняя температура газа, К: 273 ,где Tгj1 и Tгj2 – температуры газа, измеренные термопарами перед соответствующейпористой секцией, °С.11. Вычисляется безразмерный критерий Стентона:St  j j Tгj  Tстj*0i 0i T0  Tстi12.

Характеристики

Список файлов учебной работы