熱電偶在航空發(fā)動機(jī)燃?xì)鉁囟日`差分析
發(fā)布時間:2022-05-16
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摘要:
熱電偶是科研與工業(yè)生產(chǎn)中最常用的測溫元件之一,,其主要特點(diǎn)包括裝配簡單,、測量范圍大、使用壽命長等,。本文詳細(xì)介紹了熱電偶在航空發(fā)動機(jī)溫度測量中的誤差種類,并分析可能產(chǎn)生的影響,,以及探討了誤差的處理方法。
在工業(yè)生產(chǎn)以及航空,、航天等領(lǐng)域的研究,、生產(chǎn),、試驗(yàn)和應(yīng)用過程中,常常會遇到氣流(燃?xì)饬?測溫問題,。比如,,在航空發(fā)動機(jī)研制過程中,需要測量進(jìn)氣道,、壓氣機(jī),、燃燒室、渦輪和加力燃燒室等位置的氣流溫度,,一般情況下,,選擇熱電偶對航空發(fā)動機(jī)的各部分進(jìn)行溫度測量。
熱電偶測溫的基本原理是熱電效應(yīng),,即兩種不同的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)兩端接合組成回路,,當(dāng)兩個結(jié)合點(diǎn)的溫度不同時,會在回路產(chǎn)生熱電勢,,即塞貝克電勢,,這一現(xiàn)象稱為熱電現(xiàn)象。用它進(jìn)行溫度的測量是通過依賴所產(chǎn)生熱電勢與兩個接點(diǎn)溫度差之間的--定關(guān)系來實(shí)現(xiàn)的,。
1誤差的種類和分析
熱電偶測量氣流溫度時,,在熱平衡條件下,由于傳熱,、氣動和溫度的動態(tài)變化等原因,,浸在氣流中熱電偶接點(diǎn)的溫度與氣流溫度之間存在著偏差,這個差值就是溫度測量的導(dǎo)熱誤差,、輻射誤差和速度誤差之和",,故其指示溫度只是熱電偶測量端本身的溫度,而不是被測氣流的溫度。
1.1導(dǎo)熱誤差
用熱電偶測氣體溫度時,,其測量端除了要與被測氣流進(jìn)行熱交換外,,還要向熱電偶溫度較低的根部以及底座傳熱,故測量端的溫度就要降低,。熱電偶測量端向外界傳遞熱量越劇烈,其溫度偏離氣流溫度就越大,,這種因熱電偶傳熱所導(dǎo)致的誤差就是導(dǎo)熱誤差,。
用于航空發(fā)動機(jī)上的高溫?zé)犭娕贾灰WC測量端部冷氣不泄露,且其冷量為最低量,,其導(dǎo)熱誤差可忽略不計,。原因包括以下幾點(diǎn):
1)根據(jù)裸絲熱電偶導(dǎo)熱誤差會隨Ud(L為偶絲伸出長度,d為偶絲直徑)的增加而減少的試驗(yàn)結(jié)果,,可知:當(dāng)L/d=20,,電磁干擾Re>1500時,,導(dǎo)熱誤差近似為零。將試驗(yàn)數(shù)據(jù)加以推廣,航空發(fā)動機(jī)上的熱電偶L/d>50,,且使用環(huán)境的Re>>1500,,故導(dǎo)熱誤差很小:
2)其選擇罩的材料導(dǎo)熱系數(shù)很小,這將使導(dǎo)
熱熱阻增大,,導(dǎo)熱誤差減小;
3)屏蔽罩的設(shè)計采用屏蔽結(jié)構(gòu),,罩內(nèi)流速不減,罩內(nèi)的熱接點(diǎn)具有很強(qiáng)的對流換熱,,所以其導(dǎo)熱誤差很小,。
因此,在測量航空發(fā)動機(jī)內(nèi)部溫度時,,可以認(rèn)為其導(dǎo)熱誤差△Tc約為0,。
1.2輻射誤差
輻射誤差是熱電偶與其周圍環(huán)境之間輻射換熱的結(jié)果。由于發(fā)動機(jī)中的氣體是透明體,,所以熱電偶測量端與氣流之間的輻射換熱可以忽略不計,。為簡明起見,假定氣流為穩(wěn)態(tài),,且忽略熱電偶的導(dǎo)熱,,則測量端的輻射誤差為網(wǎng):
其中,ε為測量端黑度系數(shù);C0為絕對黑體的輻射系數(shù);α為對流換熱系數(shù);Tj為熱電偶感受的溫度;Tw為屏蔽罩的壁溫,。
原則上,,凡是能增強(qiáng)對流換熱和減弱輻射換熱的因素,都可以用來減小輻射誤差,。由上式可以看出,,減小輻射誤差的具體方法有:
1)減小測量端與其對應(yīng)壁面的溫差,最簡單有效的方法就是對測量端加裝屏蔽罩,。
2)增大換熱系數(shù)a,如增加流過測量端,、屏蔽罩的氣流速度,減小熱電極直徑等,。
3)減小黑度ε,。
1.3速度誤差
速度誤差是氣體動量沒有完全恢復(fù)的結(jié)果。氣流流經(jīng)熱電偶測量端時,,由于氣體有粘性,,所以在附面層內(nèi)氣流將被滯止,從而使動能轉(zhuǎn)化為熱能,,引起附面層內(nèi)靜溫升高,,并在附面層內(nèi)產(chǎn)生溫度梯度網(wǎng),同時,緊貼測量端壁面的那部分高溫氣體又會向溫度較低的外層氣體傳熱,。當(dāng)氣流滯止引起氣體溫度上升與附面層內(nèi)傳熱引起氣體溫度下降這兩種過程達(dá)到熱平衡時,,在測量端與外界完全絕熱的情況下,測量端壁面與緊貼壁面的那部分氣體將達(dá)到某-平衡溫度,,稱為氣流的有效溫度用,。氣流總溫7*與氣流的有效溫度Tg之差就是速度誤差。在航空發(fā)動機(jī)中速度誤差可以用如下公式求算:
其中,,r為速度恢復(fù)系數(shù);M為氣流馬赫數(shù);k為絕熱系數(shù),。
2結(jié)束語
溫度測量的準(zhǔn)確性直接關(guān)系著航空發(fā)動機(jī)的性能及安全。在航空發(fā)動機(jī)測試過程中,,經(jīng)常需要準(zhǔn)確地測量溫度及利用溫度進(jìn)行自動調(diào)節(jié)和控制,。由于航空發(fā)動機(jī)中的溫度場極度不均勻,且伴有腐蝕性氣流的高速沖刷,,誤差的產(chǎn)生不可避免,。本文介紹了測溫過程中三種主要的誤差,并闡述了一些簡單且行之有效的處理方法,,借此可以有效提高熱電偶測溫過程中的測量精度,,從而保證測試數(shù)據(jù)的可靠性。