Проведение экспериментальных исследований при корпускулярном нагреве предполагает размещение рабочих участков в вакуумной камере. Это обстоятельство накладывает серьезные ограничения на возможность использования некоторых датчиков и способов визуализации процессов. Поэтому в основе подобных опытов лежат температурные измерения с помощью контактных датчиков, прежде всего термопар. Единственно возможный способ при этом избежать численного расчета для определения температуры стенки и плотности теплового потока на внутреннем периметре это использование аппроксимации полученного характерного распределения температур с последующей экстраполяцией на стенку. Вопрос заключается в том, как разместить термопары, чтобы они находились на «линии тока тепла».
Условия размещения термопар в рабочих участках №1 и 2 поясняет рис. 2.12, на котором представлены изотермы температурного поля в поперечном сечении мишени рабочего участка № 1 [154]. Пучок электронов нагревает верхнюю поверхность мишени. Мишень представляет собой прямоугольный параллелепипед с цилиндрическим каналом, по которому осуществляется движение теплоносителя. Изотермы получены с помощью численного решения двухмерной краевой задачи теплопроводности в мишени. Описание процедуры численного решения прямой краевой задачи теплопроводности содержится в [155, 130].
Рис. 2.12. Изотермы температурного поля в поперечном сечении мишени. Результаты расчета при q = 10 МВт/м2, р = 1.0 МПа, rw= 6500 кг/(м2×с), Tж =20 оС
Как видно из рис. 2.12 вследствие равномерного распределения нагрузки по тепловоспринимающей поверхности, изотермы расположены симметрично относительно осевого продольного сечения. Таким образом, измеряя температуру в нескольких точках поперек осевого продольного сечения мишени, представляется возможным определить температуру и градиент температуры в лобовой точке, как на внутренней стенке со стороны теплоносителя, так и на наружной поверхности мишени, обращенной к пучку, по крайней мере, в режимах конвективного теплообмена и пузырькового кипения на поверхности теплообмена. Кроме того, рис. 2.12 показывает, что поперечные сверления, выполняемые в верхней части мишени для размещения термопар, проходят практически по изотермам.
В верхней части рабочего участка (рис. 2.12), при относительно невысоких тепловых нагрузках, распределение температур имеет вид, сходный со стационарным распределением температур в плоской задаче. В этом случае распределение температур на оси симметрии продольного сечения должно быть близко к линейному. Результаты численного расчета [154], представленные на рис. 2.13, подтверждают это предположение. Для случаев конвективного теплообмена (1) и пузырькового кипения (2) на поверхности теплообмена зависимость температуры от координаты в обоих случаях может быть надежно аппроксимирована линейной зависимостью. Отсюда следует равенство градиента температуры в данном направлении. Таким образом, возможно определить плотность теплового потока на внутренней поверхности, принимая его равным плотности теплового потока на наружной поверхности, с точностью до зависимости теплопроводности материала от температуры. Конечно, подобный подход ограничен по тепловым нагрузкам. При развитом пузырьковом кипении, и тем более пленочном в окрестности лобовой точки, когда существенно различие в коэффициентах теплоотдачи по внутреннему периметру, говорить о линейном распределении температур нельзя. Метод может быть использован для рабочих участков № 1 и № 2.
Рис. 2.13. Распределение температуры в поперечном сечении мишени: результаты расчета при р=1.0 МПа, rw=2200 кг/(м2×с), Tж=30 оС,1– q = 2.4 МВт/м2, 2 – q = 8.7 МВт/м2
Для реализации данного метода определения температуры и градиента температуры в лобовой точке в эксперименте обеспечены следующие требования:
- равномерное распределение тепловой нагрузки по тепловоспринимающей поверхности,
- должное оснащение рабочих участков термопарами,
- надежное определение плотности подводимого теплового потока,
- стационарные условия проведения эксперимента.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.