【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及温度传感器，尤其涉及一种超高热流密度环境下的水冷温度传感器设计方法。
技术介绍
1、以高温水冷热电偶测量耙为研究对象，对循环水冷却过程进行cfd计算，获得冷却水流量、压强与耙子主体温度的关系，在此基础上优化滞止罩与测量耙的结构。
2、循环水冷却过程的cfd计算，在冷却水不发生沸腾及传感器主体强度达到要求的前提下，对高温水冷热电偶测量耙进行cfd三维计算，计算最小冷却水流量、压强的数值，并获得冷却水流量、压强与耙子主体温度的关系；滞止罩结构对热电偶工作性能的计算，结合工况，计算热电偶实际指示温度和响应时间，分析滞止罩结构对热电偶工作性能的程度及趋势；滞止罩与测量耙结构的优化设计，优化滞止罩与测量耙结构，计算滞止罩进排气孔孔径变化对滞止罩内气流参数变化、测量耙顶端厚度、氧化锆涂层厚度对壁温及换热效果的影响。
3、现市面上氧铝陶瓷管屏蔽与冷却水隔开的总温传感器无法满足2400高温条件下总温测量的精度和热防护的需要；为此，我们提出一种超高热流密度环境下的水冷温度传感器设计方法来解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种超高热流密度环境下的水冷温度传感器设计方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
3、一种超高热流密度环境下的水冷温度传感器设计方法，包括以下步骤：
4、s1：确认研究目标和研究内容；
5、s2：利用数值模拟的基本方程及其
6、s3：取测量耙的1/2为研究对象，入口选为压力进口，出口为压力出口，周期边界periodic，其余固壁全部选为wall；
7、s4：对温度传感器进行性能分析，主要对冷却水循环回路与气流通道及滞止罩、测点耦合计算，给定进口气流的总温和流量；
8、s5：滞止罩结构对热电偶工作性能的影响，滞止罩及测量耙结构的优化设计，对测温结果进行校准。
9、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
10、1)试验中使用选择lcrl8ni9ti为总温传感器壳体材料,采用水冷技术。在热电偶丝前设计一个滞止罩，滞止罩采用氧化锆材料，将来流有效滞止，同时保证滞止罩内有较好的热交换性能，使得传感器能够快速响应。偶丝选用wre5-wre26，由氧铝陶瓷管屏蔽与冷却水隔开的总温传感器能够满足2400高温条件下总温测量的精度和热防护的需要。
11、2)冷却水进口压强和流量对热电偶指示温度和滞止罩平均壁温影响不大。
12、3)测点部分伸入滞止罩孔内测温结果要优于测点位于滞止罩中心的方案。
13、4)水冷结构与滞止罩之间距离增大可使测温结果更准确，但会使滞止罩壁温以及支撑体温度上升，有可能导致测温耙烧坏，因此，必须综合考虑以上两点，选择合适的水冷结构与滞止罩之间距离。
14、5)滞止罩进排气面积比的增加，热电偶指示温度增大，速度误差与辐射误差之和随之减小，滞止罩进排气面积在合理范围内增加可使测温结果更准确。
15、6)表面发射率对辐射误差有较大的影响，但对响应时间没有影响。
16、7)在温度耙加工时注意在水腔拐角处导圆角，有利于避免水腔拐角处的高温区域。
17、8)耙体表面添加氧化锆涂层之后，可有效降低冷却水的压力和流量，对于本工况，采用1mm以上的氧化锆涂层之后，冷却水的压力和流量可从5mpa(表压)、1.789kg/s降低到2mpa(表压)、1.1342kg/s，即可避免冷却水沸腾。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种超高热流密度环境下的水冷温度传感器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种超高热流密度环境下的水冷温度传感器设计方法，其特征在于，所述步骤S2中，可根据对待测发动机工作环境分析，选择lCrl8Ni9Ti为总温传感器壳体材料,采用水冷技术，在热电偶丝前设计一个滞止罩，滞止罩采用氧化锆材料，将来流有效滞止，同时保证滞止罩内有较好的热交换性能，使得传感器能够快速响应。偶丝选用WRe5-WRe26，由氧铝陶瓷管屏蔽与冷却水隔开。
3.根据权利要求2所述的一种超高热流密度环境下的水冷温度传感器设计方法，其特征在于，由于水冷温度耙末端转接法兰在测量通道外，并处于外部环境中，因此在计算过程中对模型进行简化，取消转接法兰，对温度耙、气流、水三者之间进行耦合计算，三者分别建立物理模型并划分网格，利用流热耦合方法计算它们之间的导热、对流和辐射，并单独为热电偶测点(简化为小球)建立了网格，置于滞止罩气流通道内，用以模拟测点稳态温度。
4.根据权利要求3所述的一种超高热流密度环境下的水冷温度传感器设计方法，其特征在于，绝缘瓷管等效为一
5.根据权利要求4所述的一种超高热流密度环境下的水冷温度传感器设计方法，其特征在于，计算过程采用假设：流体不可压缩、流体物性不随温度和压力的变化而变化，始终保持常数、忽略重力的影响、流动及传热过程已经达到稳定状态，各参数不随时间变化、流体内无内热源；
6.根据权利要求1所述的一种超高热流密度环境下的水冷温度传感器设计方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：
7.根据权利要求1所述的一种超高热流密度环境下的水冷温度传感器设计方法，其特征在于，所述步骤S5中，冷却水进口压强和流量对热电偶指示温度和滞止罩平均壁温影响不大，测点部分伸入滞止罩孔内测温结果要优于测点位于滞止罩中心的方案。
8.根据权利要求7所述的一种超高热流密度环境下的水冷温度传感器设计方法，其特征在于，所述水冷结构与滞止罩之间距离增大可使测温结果更准确，但会使滞止罩壁温以及支撑体温度上升，有可能导致测温耙烧坏，因此，必须综合考虑以上两点，选择合适的水冷结构与滞止罩之间距离；
9.根据权利要求8所述的一种超高热流密度环境下的水冷温度传感器设计方法，其特征在于，耙体表面添加氧化锆涂层之后，可有效降低冷却水的压力和流量，对于本工况，采用1mm以上的氧化锆涂层之后，冷却水的压力和流量可从5Mpa(表压)、1.789kg/s降低到2Mpa(表压)、1.1342kg/s，即可避免冷却水沸腾。
10.根据权利要求9所述的一种超高热流密度环境下的水冷温度传感器设计方法，其特征在于，试验中使用选择lCrl8Ni9Ti为总温传感器壳体材料,采用水冷技术，在热电偶丝前设计一个滞止罩，滞止罩采用氧化锆材料，将来流有效滞止，同时保证滞止罩内有较好的热交换性能，使得传感器能够快速响应，偶丝选用WRe5-WRe26，由氧铝陶瓷管屏蔽与冷却水隔开的总温传感器能够满足2400高温条件下总温测量的精度和热防护的需要。
...【技术特征摘要】
1.一种超高热流密度环境下的水冷温度传感器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种超高热流密度环境下的水冷温度传感器设计方法，其特征在于，所述步骤s2中，可根据对待测发动机工作环境分析，选择lcrl8ni9ti为总温传感器壳体材料,采用水冷技术，在热电偶丝前设计一个滞止罩，滞止罩采用氧化锆材料，将来流有效滞止，同时保证滞止罩内有较好的热交换性能，使得传感器能够快速响应。偶丝选用wre5-wre26，由氧铝陶瓷管屏蔽与冷却水隔开。
3.根据权利要求2所述的一种超高热流密度环境下的水冷温度传感器设计方法，其特征在于，由于水冷温度耙末端转接法兰在测量通道外，并处于外部环境中，因此在计算过程中对模型进行简化，取消转接法兰，对温度耙、气流、水三者之间进行耦合计算，三者分别建立物理模型并划分网格，利用流热耦合方法计算它们之间的导热、对流和辐射，并单独为热电偶测点(简化为小球)建立了网格，置于滞止罩气流通道内，用以模拟测点稳态温度。
4.根据权利要求3所述的一种超高热流密度环境下的水冷温度传感器设计方法，其特征在于，绝缘瓷管等效为一个壁厚为150mm的圆形壁面，在壁面边界条件中给出，以计算气流向绝缘瓷管的导热，在计算域中未予画出；
5.根据权利要求4所述的一种超高热流密度环境下的水冷温度传感器设计方法，其特征在于，计算过程采用假设：流体不可压缩、流体物性不随温度和压力的变化而变化，始终保持常数、忽略重力的影响、流动及传热过程已经达到稳定状态，各参数不随时间变化、流体内无内热源；
...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。