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新聞詳情
氣動鎧裝測溫熱電偶探針誤差分析新結(jié)論摘?要： 渦輪前溫度是衡量航空發(fā)動機性能的重要參數(shù)，精確的溫度測量對于發(fā)動機研發(fā)實驗具有重要意義。氣動測溫探針相對于傳統(tǒng)測量方法具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可以使用量程小精度高的測溫熱電偶間接測量高溫燃氣溫度等優(yōu)點。然而在實驗中發(fā)現(xiàn)存在較大偏差，本文結(jié)合探針的結(jié)構(gòu)對誤差產(chǎn)生原因進行分析，進而探討探針測溫誤差的解決方法。 1?氣動探針測溫原理 ??圖 1 是雙喉道氣動測溫探針結(jié)構(gòu)簡圖。探針通過制造進出口壓差使待測燃氣通過截面 1 進入探針并在第一喉道截面 2 處達到雍塞狀態(tài)。燃氣通過 2—3 截面時通過水冷腔體對高溫燃氣流進行冷卻使燃氣溫度降到 3 截面熱電偶的許用量程內(nèi)。燃氣再次以雍塞狀態(tài)通過第二喉道截面 4 處，由通過前后兩個喉道燃氣質(zhì)量流量相等的原理及雙喉道均達到雍塞狀態(tài)來測量燃氣總問 T 0。  假定氣流通過前后兩個喉道時是假定氣流為平衡、等熵、定常的一維均質(zhì)流。噴管一維等熵流動的流量關(guān)系式為 ：  當喉道出雍塞時，由氣動函數(shù)可把公式（1）可簡化為：  其中  式中 w 為氣體質(zhì)量流量， P 為氣流總壓，p 為氣流靜壓，A 為噴管喉道橫截面積，T 為氣流總溫，γ 為氣流比熱比，R 為氣體常數(shù)。??定義流量系數(shù) C 為實際流量am 與理想流量im 之比。在穩(wěn)態(tài)流動條件下，由探頭的前后兩個限流截面的流量相等，則：  角標 0-4 為探針工作原理圖 1 中所劃分截面。 ??解得上游噴管前溫度：  當忽略燃氣比熱比影響時 ( 取燃氣比熱比為定值 γ=1.33) 。  C 為探針系數(shù)在常溫下（0 3T T = ）由公式（6）標定得到。 2?探針測溫誤差及原因分析 ??（1）熱電偶產(chǎn)生的測量誤差。測溫探針工作依據(jù)公式（6），探針熱電偶所在截面如圖 2 所示。冷卻后氣流總溫 T 3 的測量的準確性對探針測量準確性影響較大。氣動探針由于為水套冷卻結(jié)構(gòu)，限于尺寸，探針中熱電偶只得采用裸露型，由高溫燃氣與水冷內(nèi)壁面產(chǎn)生的溫差必然導(dǎo)致輻射誤差的產(chǎn)生。由于探針支桿內(nèi)部氣流速度較高，局部位置達到聲速，而裸露的熱電偶對高速氣流只有一定的滯止作用，并非完全絕熱滯止。因此熱電偶會引入一定的速度誤差對測量結(jié)果造成影響。 （2）燃氣比熱比的影響。探針計算公式（6）是取燃氣比熱比為常數(shù)，即該探針在測量燃氣溫度時喉道 2、4 截面的比熱比為燃氣工程常用數(shù)值 1.33。但在實際探針工作中，由于經(jīng)過探針的燃氣經(jīng)水冷冷卻，喉道截面 2 與 4 經(jīng)冷卻水冷卻后溫度相差較大，并且燃氣成分比隨著空燃比的不同也會發(fā)生變化，燃氣比熱比并非常數(shù)。 ??（3）探針第一喉道熱變形的影響。當探針進行溫度測量時，探針頭部浸入高溫燃氣流中，由于探針頭部收到高溫氣流沖擊，難以避免的第一喉道截面面積會發(fā)生變化。有公式（6）可知第一喉道的面積變化也會對探針測量引入誤差。 3?探針測溫誤差的修正 ??（1）對熱電偶的修正。在一般熱點偶中對于輻射誤差一般使用遮熱罩，對于速度誤差使用滯止罩等措施來避免或減弱誤差。然而對與該探針由于結(jié)構(gòu)尺寸的原因上述方法不能采用，只能進行數(shù)值修正。對熱電偶結(jié)點進行傳熱分析知其熱量傳遞有三種方式，熱點偶結(jié)點與燃氣流的對流換熱，與流道內(nèi)壁的輻射傳熱，與保護瓷管的導(dǎo)熱。在熱電偶使用、安裝正確的情況下其導(dǎo)熱誤差可以忽略不計。設(shè)燃氣溫度為 T g ，熱電偶測溫示值為 T 3 ，探針支桿內(nèi)壁面溫度為 T w ，高溫燃氣主要以對流換熱方式傳熱給熱電偶，忽略燃氣對熱電偶的導(dǎo)熱和輻射換熱，其傳熱量為：  其中，α 是燃氣對熱電偶的對流傳熱系數(shù)；A 是熱電偶的傳熱表面積。 ??熱電偶與探針支桿內(nèi)壁面的熱交換，主要以輻射方式進行。  其中，ε n 為熱電偶的輻射率；σ 為波爾茲曼常數(shù)。 ??當熱電偶測溫達到穩(wěn)態(tài)時 Q a =Q R ，即：  熱電偶測溫產(chǎn)生的輻射誤差為：
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