автореферат диссертации по энергетике, 05.14.05, диссертация на тему:Градиентные датчики теплового потока в нестационарной теплометрии

г 1/- ч

0 г

На правах рукописи УДК 536.629.7.004.14

МИТЯКОВ Андрей Владимирович

ГРАДИЕНТНЫЕ ДАТЧИКИ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА В НЕСТАЦИОНАРНОЙ ТЕПЛОМЕТРИИ

Специальность 05.14.05 - «Теоретические основы теплотехники»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2000

Работа выполнена на кафедре теоретических основ теплотехники Санкт-Петербургского государственного технического университета.

Научный руководитель

- доктор технических наук, профессор С. 3. Сапожников.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук,

профессор М. Р. Петриченко.

- кандидат технических наук, доцент Н. В. Пилипенко.

Ведущая организация:

АООТ НПО Центральный котлотурбин-ный институт им. И. И. Ползунова.

Защита диссертации состоится « 6 » июня 2000 года в 16 ч на заседании диссертационного совета К 063.38. 23 в Санкт-Петербургском государственном техническом университете по адресу: 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д.29, главное здание, ауд. 251 .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГТУ.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д.29, Ученый Совет СПбГТУ.

Автореферат разослан « 28 » апреля 2000 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

К 063.38.23 д.т.н., проф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В современных исследованиях процессов теплообмена возрастает доля и значение результатов, полученных вычислительными методами, в то время как их верификация отстает и по уровню, и по количеству работ. Компьютерная запись и обработка сигналов различных датчиков (давления, скорости, температуры, теплового потока и пр.) дает весьма широкие возможности, тогда как арсенал датчиков обновляется медленно и все менее соответствует возможностям регистрирующей аппаратуры.

Высокая информативность нестационарной теплометрии делает ее актуальной в различных разделах теплотехнического эксперимента. При этом важно использовать помимо традиционных и малоизвестные датчики - такие, например, как градиентные датчики теплового потока (ГДТП).

Цель работы. Предлагается реализовать новый подход к нестационарной теплометрии, использовав в экспериментах ГДТП. При этом необходимо решить следующие основные задачи:

1. Исследовать динамические характеристики ГДТП, связав их конструкцию и размеры с чувствительностью и инерционностью. Определить вид передаточных функций и частотный предел, в котором возможны измерения.

2. Изучить возможности ГДТП как при решении известных задач конвективного теплообмена, так и при получении новой информации о нестационарных тепловых потоках: при исследовании локального теплообмена на поверхностях с турбулизаторами, в сферических лунках и т.д.

3. Создать устройства и разработать методику регистрации нестационарных радиационных и радиационно-конвективных тепловых потоков.

Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые исследованы динамические характеристики ГДТП. Получены новые данные о параметрах пульсирующего теплового потока на поверхности поперечно обтекаемого цилиндра, о влиянии турбулизаторов на местный и средний коэффициент теплоотдачи. Исследован теплообмен в сферической лунке, выполненной на изотермической пластине. Экспериментально установлена зависимость локального теплового потока на стенке камеры сгорания дизельного двигателя от угла поворота коленчатого вала.

Практическая ценность работы состоит в том, что ГДТП позволяют существенно расширить возможности нестационарной теплометрии процессов, протекающих при характерных частотах вплоть до 20 кГц.

В работе показано, что ГДТП надежно и объективно фиксируют

практически мгновенные значения теплового потока на сравнительно малых (до 1 мм2) поверхностях в различных условиях опыта.

Самостоятельную ценность представляет также созданная в ходе работы конструкция специального чувствительного элемента. На защиту выносятся:

¡.Результаты исследования динамических характеристик ГДТП: независимость постоянной времени от толщины датчика, вид передаточной функции, модель переходных тепловых процессов в ГДТП.

2.Данные о локальных и усредненных значениях коэффициентов теплоотдачи при вынужденной конвекции на поперечно обтекаемом изотермическом цилиндре, на цилиндре с турбулизаторами, в сферической лунке, а также при свободной конвекции на вертикальной изотермической пластине. Параметры нестационарности теплового потока, полученные в этих исследованиях: дисперсия и распределение спектра пульсаций плотности теплового потока по частотам, сопоставление пульсаций теплового потока с пульсациями давления. Сведения об интенсификации теплообмена на поперечно обтекаемом цилиндре при различном расположении тур-булизаторов. Результаты измерения локальных тепловых потоков на поверхности сферической лунки.

3.Конструкция, физическая модель, градуировка и результаты исследования чувствительного элемента для регистрации мощного теплового излучения.

4.Методика и результаты исследования локальных тепловых потоков на стенке камеры сгорания дизельного двигателя, полученные в различных режимах, как функции угла поворота коленчатого вала.

Апробация работы. Отдельные части и работа в целом докладывались и обсуждались на:

- семинаре Петербургского отделения международной энергетической академии ядерного общества С.-Петербурга «Эффективные системы теплоснабжения в муниципальном и индивидуальном строительстве». Санкт-Петербург, 1997 г.;

- 11 международной конференции по теплообмену. Кюнджу, Корея, 1998 г.;

- второй Российской национальной конференции по тепломассообмену. Москва, 1998 г.;

- XII Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках». Москва, 1999 г.;

- семинаре под руководством академика РАН А.И. Леонтьева «Физико-технические проблемы энергетики». Москва, ИВТ РАН, 1999 г.;

- научном семинаре в АООТ НПО ЦКТИ им. И. И. Ползунова. Санкт-Петербург, 2000 г.;

- научном семинаре кафедры теоретических основ теплотехники СПбГТУ, 2000 г.

Работа признана лучшей на XII Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках».

Публикации. Общее количество работ, опубликованных по теме диссертации - 9, в том числе 3 статьи в научных журналах, 3 доклада в Трудах международных конференций, 2 - в сборниках научных трудов; тезисов докладов -1.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов, списка использованных источников из 65 наименований, трех приложений. Общий объем диссертации - 134 с., включая 67 рисунков и три таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность проблемы, дана общая характеристика работы.

В главе 1 приведен обзор методов измерения тепловых потоков и классификация датчиков теплового потока (ДТП), обсуждаются возможности и преимущества ГДТП в исследовании нестационарных тепловых процессов.

При нестационарной теплометрии важно обеспечить следующие требования к ДТП и методике измерений: 1. абсолютную, независимую и воспроизводимую градуировку ДТП; 2. ясную физическую модель, в рамках которой условия измерения можно исследовать численно, в ходе натурных экспериментов и т.д.; 3. высокое качество выходного сигнала; 4. достаточное быстродействие.

Всем перечисленным требованиям не соответствует в полной мере ни один из существующих ДТП, ни одна методика теплометрии, однако наибольшее внимание привлекают ДТП типа «вспомогательной стенки».

Такие датчики представляют собой многоспайную дифференциальную термопару, спаи которой выведены на противоположные стороны пластины из электроизоляционного материала; сигнал датчика Е0 пропорционален перепаду температур Т2-Ть они реализуют продольный эффект Зеебека, их можно отнести к датчикам «продольного типа».

ДТП этой группы (одиночные и батарейные) созданы в 60-х годах в ИТТФ АН Украины под руководством О. А. Геращенко. С уменьшением толщины ДТП их быстродействие возрастает, но одновременно снижается

термическое сопротивление и, как следствие, чувствительность.

В настоящей работе рассматриваются ДТП «поперечного типа», принцип работы которых основан на менее известном поперечном эффекте Зеебека - возникновении поперечной компоненты электрического поля в кристалле с анизотропным коэффициентом термо-э.д.с. и теплопроводностью при прохождении теплового потока в направлении, не совпадающем с главными осями.

Именно это различие в принципах измерений определяет различие в конструкции, технологии производства и рабочих характеристиках ГДТП и ДТП типа «вспомогательной стенки».

Реально существующие ГДТП, использованные в настоящей работе, впервые созданы Н. П. Дивиным1. В их конструкции использованы анизотропные монокристаллы висмута чистоты 0,9999.

На рис.1 изображен прямоугольный параллелепипед, вырезанный из монокристалла висмута. Его называют анизотропным термоэлементом (АТЭ). Из-за анизотропии теплопроводности, вектор теплового потока во

всех сечениях, кроме плоскости 12-3-4, будет отклоняться от оси X. Это означает, что в АТЭ разность температур возникает не только в направлении оси ^ но и в направлении оси X, а вектор теплового потока в каждом сечении поворачивает относительно первоначального направления на некоторый угол. Под воздействием внешнего теплового потока в АТЭ возникает электрическое поле. В направлении оси X возникает термо-э.д.с., которая пропорциональна градиенту дТ/дг, то

есть, на основании закона Фурье, плотности теплового потока д2: (Ъ-енУзШсовв

л/Я2зз-5т20 + Л2п-со520 Рис.2. Конструкция ГДТП. а ее величину определяет выбор угла в (для висмута оптимальное значение вор, = 53,4°).

Рис.1. Анизотропный термоэлемент.

|1

1 Дивин Н. П. Датчик теплового потока. Свидетельство на полезную модель № 9959 с приоритетом

10 августа 1998 г. Российское агентство по патентам и товарным знакам.

800

400

1 1 /х£=7х4 мм; Бо=9 мВ/Вт.

0 100 200 ех, мВ

Рис.3. Результаты градуировки ГДТП.

Для повышения чувствительности ГДТП собирают в батареи площадью от 1x1 мм2 и более с минимальной толщиной - 0,1 мм. На рис.2 изображен батарейный ГДТП, изготовленный из АТЭ 1 на основе висмута. Пространственное расположение тригональных плоскостей в двух соседних АТЭ (на рис. 1,2 они заштрихованы) обеспечивает суммирование тер-мо-э.д.с., возникающих в них под воздействием теплового потока. Друг от друга АТЭ изолируют тонкими (5 мкм) прокладками из лавсана 6 и склеивают с подложкой 2 клеем. Спаи висмута 3 соединяют термоэлементы в последовательный контур. Крайние термоэлементы снабжают токовыво-а дами 4 и 5.

Градиентные датчики градуируют абсолютным методом -по джоуль-ленцеву тепловому потоку. Градуировка возможна вплоть до температуры 271°С, то есть до точки плавления висмута. Линейность градуировочной характеристики (рис.3) сохраняется при внешнем давлении до 30 МПа: изменение чувствительности датчика в зависимости от температуры и давления не превышает 3%.

Опыт применения ГДТП в исследованиях теплообмена минимален, поэтому основными задачами работы можно считать следующие:

1. Исследование динамических характеристик ГДТП.

2. Верификацию данных, полученных с помощью ГДТП, на хорошо изученных задачах теплообмена.

3. Создание измерительных устройств и прямое применение ГДТП в исследованиях радиационного и сложного теплообмена.

Перечисленные задачи составляют лишь первую и сравнительно небольшую группу необходимых исследований, а их результаты могут представлять методологическую ценность, показать возможность и перспективы использования ГДТП в других теплотехнических экспериментах.

В главе 2 рассмотрены нестационарные тепловые процессы в ГДТП.

Экспериментальные исследования переходных характеристик ГДТП проводились с помощью импульсного лазера модели ОеИа-201, который работал при следующих параметрах: длина волны - 1,06 мкм; длительность импульса - 0,15 мс; мощность излучения - 1250 кВт/м2.

Опыты проводились на ГДТП с размерами 4x7 мм и толщиной 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 и 4,0 мм. Поверхность датчиков была покрыта специ-

альным составом со степенью черноты 0,98. Результаты опытов для всех датчиков оказались практически одинаковыми (рис.4).

Суммарная погрешность определения теплового потока в опытах составила 4,1%. Постоянная времени г^ =0,05 мс определена из опытов; она практически не зависит от толщины датчика.

Аналитическое и числен-

кВт/м2 1200

0,632 Яо

300 0

— Импульс лазера ......Сигнал датчика

=1

0,2 0,4 т, мс Тппп=0,05 мс Рис.4. Зависимость сигнала от времени.

ное исследования динамических характеристик ГДТП показало, что задачу нестационарной теплопроводности в ГДТП можно решать в рамках одномерной изотропной линейной теории. Термо-э.д.с. датчика формируется в достаточно тонком поверхностном слое анизотропного материала, поэтому реальная толщина датчиков, способ их мон-

тажа и т.д. на быстродействие практически не влияют. Расчетная постоянная времени г1Ып'"ст = 0,01л<с - в пять раз меньше, чем определенная экспериментально. Это значение постоянной времени - минимально достижимое, оно позволяет оценить, насколько совершенна конструкция датчиков.

Вычислительный эксперимент проводился для элементов ГДТП в

виде составного тела. В результате расчета получена зависимость сигнала ГДТП от времени (кривая 1 на рис.5). Дефектный слой толщиной 30 мкм на поверхности ГДТП, образовавшийся в результате электроискровой резки и химического травления, увеличивает постоянную времени по сравнению с «идеальным» датчиком (кривая 3); расчет (кривая 1) соответствует данным эксперимента (кривая 2).

В главе 3 показано применение ГДТП для исследования конвективного теплообмена как на примерах классических задач (обтекание одиночного цилиндра, свободная конвекция у вертикальной пластины), так и в менее традиционных исследованиях (влияние турбулизаторов на теплоотдачу и теплообмен в сферической лунке).

Ч-кВт/м

1000

500

с ■о-о- >о-с пп

-о— 1

2 3

0 0,05 0,10 т, мс Рис.5. Результаты вычислительного эксперимента.

Чч* кВт/м^

2

О

1 Чф

чК

Чф

0,2 с

т, с

Рис.6. Характерная зависимость плотности теплового потока.

ч/П

Эксперименты по исследованию локальной теплоотдачи на изотермическом цилиндре проводились в аэродинамических трубах кафедр теоретических основ теплотехники и гидроаэродинамики СПбГТУ. Круглые гладкостенные стальные цилиндры диаметром 25, 66 и 166 мм, длиной 500 мм, с толщиной стенки 0,1 мм, оборудованные устройством поворота,

устанавливали в рабочей части аэродинамической трубы. Температура цилиндров поддерживалась постоянной с помощью насыщенного водяного пара. На образующей цилиндров заподлицо с поверхностью устанавливали ГДТП с размерами 4x7x0,2 мм. Измерение, запись и обработка экспериментальных данных выполнялись измерительно-вычислительным комплексом на базе персонального компьютера. Погрешность в определении локального коэффициента теплоотдачи а не превышала 2,0%.

Фрагмент изменения плотности теплового потока д, измеренного ГДТП на стенке цилиндра при Ле = 5 104 и ср =150°, показан на рис.6.

На рис.7 представлен спектр пульсаций плотности теплового потока на угле $з = 150° при числе Яе=1,5-105.

Синхронно с плотностью теплового потока (1) на светолучевой осциллограф Н-145 записаны пульсации давления (2) на стенке цилиндра (рис.8). Наблюдается качественное совпадение кривых, что соответствует традиционным представлениям об аналогии гидродинамических и тепловых процессов.

Локальные коэффициенты теплоотдачи, осредненные во времени, получены в диапазоне чисел Рей-

200

100

2)/Гц

л. I 1 II

Л

0 4 8 £ Гц

Рис.7. Частотный спектр пульсаций плотности теплового потока.

Р-Ра

лЛЛ

о

время, с

Рис.8. Осциллограмма пульсаций плотности теплового потока и давления.

нольдса 11е=5Т03-2,5Т05 (рис.9) и имеют классический характер.

Картину дополняют распределение интенсивности пульсаций плотности теплового потока /7 (рис.10), полученные в результате статистической обработки первичных данных:

»7 =

■100%. (2)

0 60 120 Ф>

Рис.9. Теплоотдача при обтекании изотермического цилиндра.

Л,%

20

10

/ л

*е=1.5105 Яе=9104 11е=5104 -

-

%

При сравнении динамических характеристик локального теплообмена с результатами других авторов наблюдается качественное и количественное соответствие.

В результате обработки экспериментальных данных по локальному теплообмену на изотермическом цилиндре получена зависимость для среднего по окружности безразмерного коэффициента теплоотдачи:

N11 = 0,2911е0'55. (3)

Видно (рис.11), что теплоотдача на изотермическом цилиндре (кривая 2) на 10-20% ниже, чем на цилиндре с постоянным тепловым потоком на поверхности (кривая 1), что соответствует данным других авторов.

Применение ГДТП позволило определить местные коэффициенты теплоотдачи на круглом цилиндре при установке вдоль образующих турбулизаторов в виде проволок диаметром 1,5 - 2,0 мм.

На рис.12 приведены распределения местных коэффициентов теплоотдачи для гладкого цилиндра и цилиндра с турбулизаторами при Яе = 9ТО4. В ходе опытов был найден оптимальный угол установки

0 60 120 ф,° Рис.10. Интенсивность пульсаций плотности теплового потока.

2-10 Юэ Яе

Рис.11. Зависимость среднего числа Нуссельта от числа Рейнольдса: 1 - № = 0,22 Яе0'6; 2- = 0,29 Яе0'55.

турбулизаторов - у/ = ±55°. Местный коэффициент теплоотдачи на угле Ф = 70° по сравнению с гладким цилиндром возрастает в 4,5 раза, а средний по окружности коэффициент теплоотдачи - в 1,25 раза.

Исследован локальный теп-

Шт

Ые

0,5

2,0

1,0

А -°-1 -с—2

/

Г

60

120

Ф>'

лообмен в сферической лунке. Особенностями экспериментов является прямое и непосредственное измерение локальных тепловых потоков с помощью ГДТП, а также то, что поверхность лунки поддерживается при постоянной температуре (рис.13).

На поверхности лунки 1 диа-

конденсат I |паР

Рис.13. Сферическая лунка на пластине.

Рис.12. Зависимость числа Нуссельта метром 65 мм и глубиной 9 мм в от угла (р при Яе = 9 • 10 для гладко- разных точках устанавливались го цилиндра (1) и цилиндра с турбу- ГдТП 2. На плоской поверхности лизаторами (2). рядом с лункой устанавливался

другой ГДТП 3 для сравнения местных коэффициентов теплоотдачи в лунке и на плоскости.

Получены как локальные мгновенные, так и усредненные по поверхности лунки безразмерные коэффициенты теплоотдачи. На рис.14 видно, что при Яел<2,6-104 лунка как интенсифи-катор теплоотдачи «не работает»; с ростом числа Рейнольдса до 6,5-104 теплоотдача возрастает на 18%, что для относительно «мелкой» лунки результат неплохой.

Проведены исследования свободноконвективного пограничного слоя, образующегося на вертикальной равномерно нагретой пластине. Эксперименты проводились на экспериментальном стенде кафедры гидроаэродинамики СПбГТУ. Генератором свободноконвективного потока является вертикальная алюминиевая пластина шириной 90 см,

2 4 6 И.ел, 10

эис.14. Средние по поверхности лунки эезразмерные коэффициенты теплоотдачи в зависимости от числа Яел.

высотой 4,95 м и толщиной 20 мм.

Целью экспериментов было сравнение результатов, полученных с помощью термоанемометрической аппаратуры, и с помощью ГДТП.

На рис.15 изображены спектры пульсаций температуры (а) и теплового потока (б) в различных по высоте пластины сечениях пограничного слоя. Видно качественное соответствие результатов. Е-пТ/от'

0,6 0,4 0,2

.......х-0,65 м —х=0,9 м

0 3,5 7 10 {, Гц 0 3,5 7 10 Г, Гц а) б)

Рис.15. Спектр пульсаций температуры (а) и теплового потока (б).

ат, а,

0,3 0,2

0,1 0

1

■ Стт о ст,

пг-■

ОУ"*' *

■ ч Л?

ю' ю7 ю9 а-,

Рис. 16. Интенсивность турбулентных пульсаций температуры и теплового потока.

На рис.16 представлены зависимости максимальных по сечению интенсивно-стей турбулентных пульсаций температуры и пульсаций теплового потока от числа Грасгофа Сгх. Распределения близки по форме, что косвенно подтверждает единую природу обоих процессов.

В главе 4 исследуется радиационный теплообмен и сложный теплообмен в цилиндре быстроходного дизеля с использованием ГДТП.

В рамках одной из разработок создан чувствительный элемент (ЧЭ) для регистрации облучения объекта достаточно мощным (около 0,5-106 Вт/м2) тепло-Рис. 17. Конструкция чувстви- вым потоком. Прибор генерирует тельного элемента: сигнал постоянного электриче-

0 а

,в 0,8

0,4

/ _Численное моделирование ......Эксперимент -

/ /

ского тока в несколько вольт. Конструктивно ЧЭ состоит из полушара 1 с «террасами» на образующей, заполненными ГДТП 2 (рис.17). Тепломет-рическая часть ЧЭ защищена экраном 3.

Разработана модель тепловых процессов в системе «полушар-экран»; проведена серия численных экспериментов и натурные испытания ЧЭ.

Моделирование подтверждает экспериментальные данные (рис.18) и позволяет оптимизировать конструкцию ЧЭ в ходе численного эксперимента.

Проведено измерение плотности локального теплового потока в крышку блока цилиндров дизельного двигателя Indenor XL4D производства концерна РСА Peugeot Citroën.

В опытах применялся ГДТП 1 чувствительностью S0=8,4mB/Bt и >ис. 19. Место установки ГДТП на поверхности РазмеРам» 4x7x0,2 мм

0 40 80 120 т,с Рис.18. Сопоставление экспериментальных и расчетных данных.

к осциллографу ^^

крышки блока цилиндров.

Ч' 2 120

80

40

1 1 _ сгорание 1320 мин"1

ежа тие С >ез

топливоподачи 250 мин'1

V 1

V *•

......

0 180 360 540 у,с 'ис.20. Зависимость плотности местного теплового потока от угла поворота коленчатого вала.

(рис.19).

При сгорании топлива в цилиндре (рис.20) видны «два максимума» теплового потока: первый находится точно в ВМТ, второй — в 70...80° после ВМТ, что характерно для дизелей с разделенными камерами сгорания. Экспериментального подтверждения «двойной максимум» до сих пор не имел - в первую очередь, из-за отсутствия датчиков теплового потока с достаточно малой инерционностью.

Датчик теплового потока в цилиндре дизельного двигателя

показал свою работоспособность и пригодность к проведению нестационарной теплометрии в ДВС.

ВЫВОДЫ

1. ГДТП в нестационарной теплометрии как новый и достаточно эффективный инструмент исследования позволяют существенно расширить и углубить современные представления о различных видах теплообмена, а также решить ряд интересных прикладных задач. ГДТП равно пригодны к измерениям тепловых потоков и на изотермических поверхностях, и на поверхностях, разогреваемых электрическим током, потоком излучения и т.п. Диапазон измеряемых тепловых потоков составляет от 10'6 Вт/м2 до 10б Вт/м2 и более при температурах от 20 до 540 К и давлении до 30 МПа с характерными частотами до 20 кГц. В ГДТП отсутствуют эффекты старения, их срок службы - более 15 лет.

2. Постоянная времени ГДТП не зависит от его толщины, определяется только конструкцией и свойствами материалов и для ГДТП на основе висмута составляет 50 мкс. Предельно достижимое значение - 10 мкс.

3. В ходе опытов на гладком изотермическом цилиндре экспериментально получены пульсации плотности теплового потока и ее дисперсии в зависимости от угла 0 < <р < 180° при числах Яе < 2,5 • 105. Установлено, что в частотном спектре пульсаций теплового потока выделяются несущие частоты 1-4 Гц, которые увеличиваются с ростом числа Яе.

4. Экспериментально показано, что на изотермической стенке гладкого цилиндра средний по окружности коэффициент теплоотдачи можно определить из уравнения подобия: Ии = 0,29 • Яе0'".

5. Установлено, что турбулизаторы в виде двух проволок диаметром 1,5-2 мм, установленных вдоль образующих на поперечно обтекаемом цилиндре диаметром 166 мм под углом у/ = ±55°, повышают местный коэффициент теплоотдачи в 4,5; а средний - в 1,25 раза.

6. При исследовании конвективного теплообмена на поверхности сферической лунки, выполненной на гладкой изотермической пластине, установлено, что в диапазоне чисел Рейнольдса 2,5-104 <И.е, <6,5-104 средний коэффициент теплоотдачи, отнесенный к значению на гладкой пластине, возрастает от 0,98 до 1,18. Установлена неравномерность распределения коэффициентов теплоотдачи по поверхности лунки, что необходимо учитывать при проектировании облуненных поверхностей.

7. Исследование свободноконвективного теплообмена на вертикальной изотермической пластине подтвердило данные, полученные ранее методами термоанемометрии в пограничном слое. Спектр пульсаций теплового потока не отличается от аналогичного спектра для температуры.

8. Разработанная конструкция экранированного чувствительного эле-

мента для регистрации излучения плотностью 0,5Т06Вт/м2 позволила обеспечить выходной сигнал ГДТП до 4,8 В при максимальной экспозиции до 30 с. Тепловая модель позволяет прогнозировать состояние элемента в зависимости от его размеров и физических свойств материалов. 9. Измерение местного теплового потока на стенке крышки блока цилиндров дизельного двигателя показало наличие «двойного максимума» вблизи ВМТ и выявило неравномерность кривых в соседних циклах за счет погрешности в дозировке топлива. Получены временные зависимости плотности теплового потока от угла поворота коленчатого вала, как без топливоподачи, так и при сгорании топлива в цилиндре, что, при установке нескольких датчиков, позволит оптимизировать рабочий процесс дизеля.

АТЭ - анизотропный термоэлемент; ВМТ - верхняя мертвая точка; ГДТП - градиентный датчик теплового потока; ДВС - двигатель внутреннего сгорания; ДТП - датчик теплового потока; ЧЭ - чувствительный элемент; й - диаметр цилиндра, м; Е - сигнал ЧЭ, В; Е0 - сигнал ДТП, В; Етт - сигнал датчика термоанемометра, В; Еч - сигнал ГДТП, В; ех - термо-

3.д.с. АТЭ, В; Р- площадь АТЭ, м2; f- частота, Гц; /, Ь, И-длина, ширина и толщина АТЭ, м; р, ра - давление на стенке и атмосферное, Па;

4,Яо, <7г> Чя» Ч<р-> Чгр ~ плотность теплового потока, Вт/м2; - чувствительность ГДТП, В/Вт; Т, Т), Т2 - температура, К; ту - скорость воздуха, м/с; X, 2 — оси декартовой системы координат; х, г - текущая координата, м; а,а9- коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2-К); у - угол поворота коленчатого вала, °',£ц, £33 — компоненты тензора дифференциальной термо-э.д.с., В/К; в, вор, -угол наклона тригональной плоскости, Я/¡, Я33 - компоненты тензора теплопроводности, Вт/(м-К); Лж - теплопроводность воздуха, Вт/(м-К); V - кинематическая вязкость воздуха, м2/с; <тч - относительные пульсации температуры; ат - относительные пульсации температуры; г-текущее время, с; гт;п - постоянная времени, с; тт\арасч - расчетная постоянная времени, с; (р- угловая координата, ц/ - оптимальный угол установки турбулизаторов, г/ = -100% - интенсивность пульсаций

Ии,р =а(рс!¡Хж - число Нуссельта; Ии - среднее по окружности цилиндра число Нуссельта; Яе = и» • с1/у - число Рейнольдса; Яел - число Рейнольдса, рассчитываемое по диаметру лунки.

ОБОЗНАЧЕНИЯ

плотности теплового

число Грасгофа;

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Сапожников С.З., Митяков В.Ю., Митяков A.B. Теплометрия в цилиндре двигателя внутреннего сгорания с использованием градиентных датчиков теплового потока// Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. Энергетика. - 1997. - №9-10. - С. 53-57.

2. Сапожников С.З., Митяков В.Ю., Митяков A.B., Теплометрия в энергетике и экологии: использование градиентных датчиков// Тез. докл. Науч.-техн. конф.: Фундаментальные исследования в технических университетах. - СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1998. -С. 192.

3. Sapozhnikov S.Z., Mitiakov V.Y., Mitiakov A.V. Heat flux sensor for heat transfer investigation// 11-th International Heat Transfer Conference. -Kyongju, Korea, 1998 - vol.4, P. 77-79.

4. Митяков В.Ю., Митяков A.B., Сапожников С.З. Изучение радиаци-онно-конвективных тепловых потоков с помощью градиентных датчиков// Вторая Российская Национальная конф. по теплообмену. - М.: 1998 - Т. 6, С. 331-334.

5. Сапожников С.З., Митяков A.B., Митяков В.Ю. Математическая модель и экспериментальное исследование датчика излучения в оптическом диапазоне длин волн// Наука Кубани. Проблемы физико-математического моделирования. Естественные и технические науки.- 1998. - №2. - С. 17-21.

6. Митяков A.B. Математическая модель чувствительного элемента для детектора излучения. Вестник молодых ученых. Серия: Технические науки. №1, 1999. - Изд-во СПбГТУ, СПб. - с. 75-80.

7. Митяков В.Ю., Митяков A.B., Сапожников С.З.. Использование градиентных датчиков теплового потока для исследования местной теплоотдачи при поперечном обтекании цилиндра// XII Школа-семинар молодых ученых и специалистов. - М., 1999 - С. 47-50.

8. Chumakov Y.S., Mitiakov V.Y., Mitiakov A.V. and Sapozhnikov S.Z. Gradient sensors: heat flux measurement on small burners and inside the rooms// 2-nd European conference on small burners and technology. - Stuttgart, Germany, 2000.

9. Сапожников C.3., Митяков В.Ю., Митяков A.B. Локальный теплообмен при вынужденной конвекции в сферической лунке// 4 Минский международный форум по тепломассообмену. - Минск, 2000.

Тираж 100 экз.

Усл.печ.л. 1,0.

ВВЕДЕНИЕ.

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ.

1. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ.

1.1. Методы теплометрии и датчики теплового потока.

1.2. Теплометрия с использованием датчиков теплового потока типа «вспомогательной стенки».

1.3. Датчики теплового потока «продольного типа».

1.4. Датчики теплового потока «поперечного типа» (градиентные датчики теплового потока).

1.5. Градуировка датчиков теплового потока.

1.5.1. Градуировки датчиков «продольного типа».

1.5.2. Градуировка градиентных датчиков теплового потока.

1.6. Постановка задач работы.

2. НЕСТАЦИОНАРНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В ГРАДИЕНТНЫХ ДАТЧИКАХ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА.

2.1. Экспериментальное исследование динамических характеристик датчика.

2.1.1. Влияние толщины датчика на его динамические характеристики.

2.1.2. Оценка погрешности экспериментов.

2.1.3. Аппроксимация передаточной функции.

2.2. Расчет динамических характеристик датчика.

2.2.1. Расчет характеристик в рамках модели полуограниченного

2.2.2. Расчет характеристик по модели составной пластины.

3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГРАДИЕНТНЫХ ДАТЧИКОВ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА.

3.1. Местная теплоотдача при поперечном обтекании изотермического цилиндра.

3.1.1. Экспериментальная установка и методика опытов.

3.1.2. Результаты опытов.

3.2. Цилиндр с искусственной турбулизацией течения в пограничном слое.

3.3. Локальный теплообмен при вынужденной конвекции в сферической лунке.

3.4. Исследование тепловой структуры свободноконвективного пограничного слоя около вертикальной нагретой пластины.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИАЦИОННОГО И СЛОЖНОГО ТЕПЛООБМЕНА.

4.1. Измерение радиационных тепловых потоков.

4.1.1. Оценка параметров и конструкция чувствительного элемента.

4.1.2. Экспериментальное исследование чувствительного элемента.

4.2. Измерение локального теплового потока в крышку блока цилиндров дизельного двигателя.

4.2.1. Состояние вопроса.

4.2.2. Теплометрия на стенке камеры сгорания дизельного двигателя.

4.2.3. Результаты опытов.

Актуальность темы. В современных исследованиях процессов теплообмена возрастает доля и значение результатов, полученных вычислительными методами, в то время как их верификация отстает как по уровню, так и по количеству работ. Одновременно становится ясным, что компьютерная запись и обработка сигналов различных датчиков (давления, скорости, температуры, теплового потока и пр.) дает весьма широкие возможности, тогда как арсенал датчиков обновляется медленно, а потому все менее соответствует возможностям регистрирующей аппаратуры.

Высокая информативность нестационарной теплометрии делает ее актуальной в самых различных разделах теплотехнического эксперимента. При этом важно использовать, помимо традиционных, и малоизвестные датчики - такие, например, как градиентные датчики теплового потока (ГДТП).

Цель и задачи работы. Предлагается реализовать новый подход к нестационарной теплометрии, использовав в экспериментах ГДТП. При этом необходимо решить следующие основные задачи:

1. Исследовать динамические характеристики ГДТП, связав их конструкцию и размеры с чувствительностью и инерционностью. Определить вид передаточных функций и частотный предел, в котором возможны измерения.

2. Изучить возможности ГДТП как при решении известных задач конвективного теплообмена, так и при получении новой информации о нестационарных тепловых потоках: при исследовании локального теплообмена на поверхностях с турбулизаторами, в сферических лунках и т.д.

3. Создать устройства и разработать методику регистрации нестационарных радиационных и радиационно-конвективных тепловых потоков.

Предметом исследования являются, в первую очередь, сами датчики теплового потока, а также методика их градуировки, техника использования в эксперименте, регистрация сигнала, обработка и анализ результатов нестационарной теплометрии.

Методы исследования включают физический эксперимент над ГДТП различных размеров и конструкций, а также теплотехнические эксперименты, в которых ГДТП играют роль измерительного преобразователя. В работе используется математическое моделирование тепловых процессов в ГДТП и в устройствах, созданных на их основе, компьютерная обработка сигнала датчиков и ряд вспомогательных методик, связанных с постановкой экспериментов.

Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые исследованы динамические характеристики ГДТП. Получены, кроме того, новые данные о параметрах пульсирующего теплового потока на поверхности поперечно обтекаемого цилиндра, о влиянии турбулизаторов на местный и средний коэффициент теплоотдачи. Исследован теплообмен в сферической лунке, выполненной на изотермической пластине. Впервые экспериментально получена зависимость локального теплового потока на стенке камеры сгорания дизельного двигателя от угла поворота коленчатого вала.

Практическая ценность работы состоит в том, что ГДТП позволяют существенно расширить возможности нестационарной теплометрии процессов, протекающих при характерных частотах вплоть до 20 кГц.

В работе показано, что ГДТП надежно и объективно фиксируют практически мгновенные значения теплового потока на сравнительно л малых (до 1 мм ) поверхностях в различных условиях опыта.

Самостоятельную ценность имеет также конструкция специального чувствительного элемента, разработанная в ходе работы и описанная в главе 4.

На защиту выносятся:

1. Результаты исследования динамических характеристик ГДТП: независимость постоянной времени от толщины датчика, вид передаточной функции, модель переходных тепловых процессов в ГДТП.

2. Данные о локальных и усредненных значениях коэффициентов теплоотдачи при вынужденной конвекции на поперечно обтекаемом изотермическом цилиндре, на цилиндре с турбулизаторами, в сферической лунке, а также при свободной конвекции на вертикальной изотермической пластине. Параметры нестационарности теплового потока, полученные в этих исследованиях: дисперсия и распределение спектра пульсаций плотности теплового потока по частотам, сопоставление пульсаций потока с пульсациями давления. Сведения об интенсификации теплообмена на поперечно обтекаемом цилиндре при различном расположении турбулизаторов. Результаты измерения локальных тепловых потоков на поверхности сферической лунки.

3. Конструкция, физическая модель, градуировка и результаты исследования чувствительного элемента для регистрации мощного теплового излучения.

4. Методика и результаты исследования локальных тепловых потоков на стенке камеры сгорания дизельного двигателя, полученные в различных режимах, как функция угла поворота коленчатого вала.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, списка обозначений, четырех глав, заключения, выводов, библиографического

ВЫВОДЫ

1. Постоянная времени ГДТП не зависит от его толщины и определяется только конструкцией и свойствами материалов. Для ГДТП, использованных в работе, постоянная времени составила 0,05 мс. Предельно достижимое для ГДТП на основе висмута значение равно, по данным расчетов, 0,01 мс.

2. В ходе опытов на гладком цилиндре впервые экспериментально получены кривые пульсаций плотности теплового потока и дисперсии этой плотности в зависимости от угла 0 < (р < 180° при числах Рейнольдса Яе < 2,5 • 105.

3. Впервые получены статистические характеристики пульсаций теплового потока. Установлено, что в частотном спектре пульсаций теплового потока на стенке гладкого цилиндра выделяются несущие частоты; во всем диапазоне (р и Яе они лежат в пределах 1-4 Гц и повышаются с ростом числа Рейнольдса.

4. Экспериментально показано, что на изотермической поверхности гладкого цилиндра средний по окружности коэффициент теплоотдачи можно определить из уравнения подобия

N¡4 = 0,29 ■ Яе0'55, которое отличается от уравнения, справедливого при действии на поверхности цилиндра теплового потока постоянной плотности.

5. Установлено, что турбулизаторы в виде двух проволок диаметром 1,5-2 мм, установленных вдоль образующих на поперечно обтекаемом цилиндре под углом ±у/, повышают местные и средний по поверхности коэффициенты теплоотдачи. Так при Яе = 9 -104 и (// - 55° местный коэффициент теплоотдачи повышается в 4,5; а средний - в 1,25 раза.

6. При исследовании конвективного теплообмена на поверхности сферической лунки с относительной глубиной 0,139, выполненной на гладкой изотермической пластине, установлено, что в диапазоне чисел Рейнольдса 2,5 • 104 < Яе < 6,5 • 104 средний коэффициент теплоотдачи, отнесенный к его значению на гладкой пластине, возрастает «с насыщением» от 0,98 до 1,18. Выявлено, как меняется распределение тепловых потоков в различных частях лунки в зависимости от числа Рейнольдса.

7. Исследование свободноконвективного теплообмена вблизи вертикальной изотермической пластины подтвердило данные, полученные ранее методами термоанемометрии, и показало, что интенсивность турбулентных пульсаций температуры и теплового потока максимальны в диапазоне чисел Грасгофа 109 < Огх < 1011.

Спектр пульсаций теплового потока качественно не отличается от аналогичного спектра для температуры, имеет, в различных точках пластины, максимумы вблизи 3,5 и 7 Гц, а минимум -вблизи 5 Гц.

8. Разработанная конструкция экранированного чувствительного л элемента для регистрации излучения плотностью 0,5-10 Вт/м позволила обеспечить выходной сигнал ГДТП до 4,8 В при максимальной экспозиции до 30 с. Предложенная модель позволяет прогнозировать тепловое состояние элемента в зависимости от его размеров и физических свойств материалов.

9. Измерение местного теплового потока на стенке крышки блока цилиндров дизельного двигателя показало наличие «двойного максимума» вблизи верхней мертвой точки и выявило неравномерность кривых в соседних циклах за счет погрешности в дозировке топлива. Получены временные зависимости плотности теплового потока от угла поворота коленчатого вала в диапазоне от 250 до 1320 об/мин как без топливоподачи, так и при сгорании топлива в цилиндре.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Использование ГДТП в нестационарной теплометрии показало, что датчики этого типа как новый и достаточно эффективный инструмент исследования позволяют существенно расширить и углубить современные представления о различных видах теплообмена, а также решить ряд интересных прикладных задач.

Принципиально важно, что ГДТП равно пригодны к измерениям тепловых потоков и на изотермических поверхностях, и на поверхностях, разогреваемых электрическим током, потоком излучения и т.п. В этом состоит главное - отличие предлагаемой методики от оценки тепловых потоков по результатам термометрии.

Реализованная в работе компьютерная запись и обработка сигнала позволяют оценить параметры пульсирующих тепловых потоков, определить частоты, «ответственные» за перенос энергии, провести верификацию вычислительных экспериментов, в том числе - связанных с моделированием турбулентности.

Динамические характеристики ГДТП достаточно необычны: наибольшую практическую ценность представляет, пожалуй, тот установленный в работе факт, что постоянная времени датчиков не зависит от их толщины. Это позволяет, помимо прочего, уменьшить погрешность измерения, связанную с искажением температурного поля за счет присутствия датчика, и выделить погрешность, связанную с собственной инерционностью ГДТП.

В дальнейшем предполагается использовать ГДТП в детальном исследовании теплообмена на поверхностях с лунками и другими турбулизаторами, при изучении сложного теплообмена в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания, а также применить ГДТП в качестве чувствительных элементов в устройствах для измерения потоков излучения, расходов жидкостей и газов, силы электрического тока и др. Во многом эти задачи становятся реальными именно благодаря установленным в настоящей работе динамическим характеристикам ГДТП и первым результатам нестационарной теплометрии в процессах конвективного, радиационного и сложного теплообмена, полученным с их применением.

1. Агапьев Б.Д., Белов В.Н., Кесаманлы Ф.П. и др. Обработка экспериментальных данных: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1999. - 84 с.

2. Аморфные и поликристаллические полупроводники/ Под. ред. Хейванга. М.: Мир, 1987. - 160 е., ил.

3. Анатычук Л.И. Термоэлементы и термоэлектрические устройства: Справочник. Киев: Наукова думка, 1979.

4. Афанасьев В.Н., Веселкин В.Ю., Леонтьев А.И. и др. Гидродинамика и теплообмен при обтекании одиночных углублений на исходно гладкой поверхности: Препр. МГТУ им. Н.Э.Баумана № 2-91. Ч. 1. -М.: Изд-во МГТУ, 1991.-56 е., ил.

5. Беленький М.Я., Лебедев М.Е., Фокин Б.С. Конвективный теплообмен при обтекании поверхности со сферическими лунками: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1996. - 24 с.

6. Геращенко O.A. Основы теплометрии. Киев: Наукова думка, 1971. -192 с.

7. Григорьев Б.А. Импульсный нагрев излучениями: Часть 2. Нестационарные температурные поля при импульсном лучистом нагреве. М.: Наука, 1974. - 728 с.

8. Дивин Н.П. Датчик теплового потока. Свидетельство на полезную модель № 9959 с приоритетом 10 августа 1998 г. Российское агенство по патентам и товарным знакам.

9. ДрейцерГ.А. Критический анализ современных достижений в области интенсификации теплообмена в каналах// Вторая Российская Национальная конф. по теплообмену. М.: Изд-во МЭИ, 1998 - Т. 6, С. 91-98.

10. ДульневГ.Н., ЗаричнякЮ.П. Теплопроводность смесей и композиционных материалов: Справочная книга. Л.: Энергия, 1974. - 264 с.

11. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке бейсик для персональных ЭВМ: Справочник. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. - 240 с.

12. Жукаускас A.A. Конвективный перенос в теплообменниках. М.: Наука, 1982. - 472 с.

13. Иорданишвили Е.К., Бабин В.П. Нестационарные процессы в термоэлектрических и термомагнитных системах преобразования энергии. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1983. - 216 с.

14. Кавтарадзе Р.З. Экспериментальные методы определения нестационарных локальных тепловых нагрузок на поверхностях камер сгорания дизелей: Учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им.Н.Э.Баумана, 1995. - 49 е., ил.

15. КарслоуГ., ЕгерД. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука, 1964.

16. Карташов Э.М. Аналитические методы в теплопроводности твердых тел: Учеб. пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1979. - 415 е., ил.

17. Кикнадзе Г.И., Олейников В.Г. Самоорганизация смерчеобразных вихревых структур в потоках газов и жидкостей и интенсификация тепло- и массообмена: Препр. Институт теплофизики СО АН СССР № 227-90. Новосибирск: Изд-во Института теплофизики, 1990.-46 с.

18. Китанин Э.Л., Тарасенко A.M. Решение задач теплопроводности с помощью ЭВМ: Учебное пособие. Л.: изд. ЛПИ, 1989. - 52 с.

19. Короткое П.А., Лондон Г.Е. Динамические контактные измерения тепловых величин. Л.: Машиностроение (Ленингр. отд-ние), 1974. -224 с.

20. Кузьмицкий O.A., Чумаков Ю.С. Структура температурного поля в свободноконвективном пограничном слое около вертикальной изотермической поверхности. // Теплофизика высоких температур, т.28, №6, 1990, стр. 1142-1148.

21. Кутателадзе С.С. Теплопередача гидродинамическое сопротивление: Справочное пособие. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 367 е., ил.

22. Логиневская Л.В., Рябов Ю.И. Программное обеспечение научных исследований, связанных с решением задач термоупругой пластичности. В сб.: Математическое моделирование металлургических и сварочных процессов. М.: Металлургия, 1983 - С.52-58.

23. Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967. -600 с.

24. Мелихова Н.М. Исследование сопряженного теплообмена в замкнутом объеме в условиях свободной и смешанной конвекции: Автореф. дис. канд. физ-мат. наук. Л., 1989.

25. Митяков A.B. Математическая модель чувствительного элемента для детектора излучения. Вестник молодых ученых. Серия: Технические науки. №1 1999. Изд-во СПбГТУ, СПб. - с. 75-80.

26. Митяков В.Ю., Митяков A.B., Сапожников С.З. Изучение радиационно-конвективных тепловых потоков с помощью градиентных датчиков// Вторая Российская Национальная конф. по теплообмену. М.: 1998 - Т. 6, С. 331-334.

27. Митяков В.Ю., Митяков A.B., Сапожников С.З. Использование градиентных датчиков теплового потока для исследования местной теплоотдачи при поперечном обтекании цилиндра// XII Школа-семинар молодых ученых и специалистов. М., 1999 - С. 47-50.

28. Михайлов М.Д. Нестационарные температурные поля в оболочках. -М.: Энергия, 1967.- 120 с.

29. Михеев М.А., МихееваИ.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1973.-320 с.

30. ОрлинА.С., Вырубов Д.Н., ИвинВ.И. и др. Теория рабочих процессов поршневых и комбинированных двигателей/ Под ред. A.C. Орлина. М.: Машиностроение, 1971. - 400 с.

31. ОсиповаВ.А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена: Учеб. пособие для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. -М.: Энергия, 1979. - 320 е., ил.

32. Петриченко P.M. Физические основы внутрицилиндровых процессов в двигателях внутреннего сгорания: Учеб. пособие. JL: Изд-во Ленингр. ун-та, 1983. - 244 с.

33. Пехович А.И., Жидких В.М. Расчеты теплового режима твердых тел. Л.: Энергия, 1976. - 352 с.

34. Практикум по теплопередаче: Учеб. пособие для вузов./Солодов А.П., Цветков Ф.Ф. и др. Под ред. Солодова. М.: Энергоатомиздат, 1986 - 296 е., ил.

35. Прандтль Л., Тьенс О. Гидро- и аэромеханика. ОНТИ НКТП 1935.

36. Работа дизелей в условиях эксплуатации: Справочник/А.К.Костин, Б.П.Пугачев, Ю.Ю.Кочинев; Под общ. ред. А.К.Костина.-Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1989.-284 е.: ил.

37. Розенблит Г.Б. Теплопередача в дизелях. М.: Машиностроение, 1977.-216 с.

38. Рэди Дж. Действие мощного лазерного излучения. М.: Мир, 1974

39. Сапожников С.З., Митяков В.Ю., Митяков A.B. Локальный теплообмен при вынужденной конвекции в сферической лунке// 4 Минский международный форум по тепломассообмену. Минск, 2000.

40. Сапожников С.З., Митяков В.Ю., Митяков A.B., Теплометрия в энергетике и экологии: использование градиентных датчиков// Тез. докл. Науч.-техн. конф.: Фундаментальные исследования в технических университетах. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1998. -С. 192.

41. Семенов Б.Н., Павлов Е.П., КопцевВ.П. Рабочий процесс высокооборотных дизелей малой мощности. Л.: Машиностроение, 1990. - 240 с. ил.

42. Сергеев O.A. Метрологические основы теплофизических измерений. М.: Издательство стандартов, 1972. - 154 с.

43. Современное состояние гидродинамики вязкой жидкости. Т.2, 1998.

44. Теория и техника теплофизического эксперимента: Учеб. Пособие для вузов/Ю.Ф.Гортышов, Ф.Н.Дресвянников и др.; под. ред. В.К.Щукина. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 360 е., ил.

45. Топливораспределительный насос типа VE: Техническое описание. -BOSCH GmbH, 1981 -68 с.

46. ФлетчерК. Вычислительные методы в динамике жидкостей: В 2-х томах: Т. 1: Пер. с англ. М.:Мир, 1991. - 504 е., ил.

47. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1969. - 744 с.

48. ЯрышевН.А. Теоретические основы измерения нестационарных температур. JL: Энергия, 1967. - 300 с.

49. Achenbach Е. Total and local heat transfer from a smooth circular cylinder in cross-flow at high Reynolds number/ International Journal of Heat and Mass Transfer. 1975. - Vol.18, Num.11. - P. 1387-1396.

50. Chumakov Y.S., Mitiakov V.Y., Mitiakov A.V. and Sapozhnikov S.Z. Gradient sensors: heat flux measurement on small burners and inside the rooms// 2-nd European conference on small burners and technology. -Stuttgart, Germany, 2000

51. Chumakov Y.S., Nikolskaja S.B. Features of dynamic and heat structure of free convection boundary layer near vertical heated surface. // Turbulent Heat Transfer-2, Manchester, v.2 1998, p. 9-19.

52. Divin N., Sapozhnikov S. Gradient Heat-Flux Transducers: application for heat investigations. In: Proceeding of International Symposium in Power Machinery, Moscow, 1995, P.79.

53. Doebelin, E.D. Measurement systems. McGraw-Hill, New York, 1975.

54. F. van der Graaf: „Heat Flux Sensors", chapter 8 of Volume 4: „Thermal Sensors" of the multivolume work „Sensors, a comprehensive series", Göpel, Ed., 1990.

55. Geiling, L., 1951, Das Thermoelement als Strahlungsmesser. Zschr. f. angew. Phys., Bd.3.12.

56. Kruse P.W., McGlauchlin L.D., McQuistan R.B. Elements of infrared Technology. Wiley, N.Y., 1962.

57. Mäher J., David C. Dynamics of heat transfer from cylinders in a turbulent air stream/ International Journal of Heat and Mass Transfer. -1974.-Vol.17.-P. 767-783.

58. Sapozhnikov S.Z., Mitiakov V.Y., Mitiakov A.V. Heat flux sensor for heat transfer investigation// 11-th International Heat Transfer Conference. Kyongju, Korea, 1998 - vol.4, P. 77-79.

59. TNO Industrial Research. Heat flux sensors catalog. 1992.

60. РАСЧЕТ ПОЛЯ ТЕМПЕРАТУР В АНИЗОТРОПНОМ ТЕРМОЭЛЕМЕНТЕ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

61. Особенность расчета заключается в том, что исходная программа не предназначена для расчета анизотропного тела, поэтому в процедуру был добавлен модуль, в котором теплопроводность зависела от направления в двух координатах.

62. Далее для совмещения «осей координат» программы и кристаллографических осей кристалла, последний был повернут на угол 53,4°.

63. В результате расчета получено распределение температур в монокристалле, которое представлено на рис.2.6 (см. стр.43).

64. РАСЧЕТ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГРАДИЕНТНОГО ДАТЧИКА ТЕПЛОВОГО ПОТОКА

65. Расчет эффективных теплофизических характеристик датчика. Для определения теплопроводности сложного тела воспользуемся методом, изложенным в работе 13.

66. Выполним дробление элементарной ячейки (рис.П2.1) адиабатными плоскостями.1. Ь=0,2висмутлавсан

67. Рис.П2.1. Элементарная ячейка градиентного датчика теплового потока.1. Тогда 13. Аад