[發明專利]氣體噴嘴冷卻性能的測量方法

無效

• 申請號: 201110255200.8
• 申請日: 2011-08-31
• 公開（公告）號: CN102359871A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 廖慧;伍成波
• 申請（專利權）人: 中冶南方（武漢）威仕工業爐有限公司
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

1.氣體噴嘴冷卻性能的測量方法，其特征在于它包括如下步驟：

第一步，氣體噴嘴冷卻性能的測量系統的準備：氣體噴嘴冷卻性能的測量系統由供風系 統、氣體噴嘴、電加熱系統和測量系統組成；供風系統包括風機(2)、第一蝶閥(3)、流量 孔板(4)、風箱(5)；風箱(5)的進風端由第一風管與風機(2)的輸出口相連通，第一風 管上設有第一蝶閥(3)和流量孔板(4)；風箱(5)的出風端設有氣體噴嘴組，在第一蝶閥 (3)與風機(2)的輸出口之間的第一風管上連接第二風管，第二風管與放散器(16)相連 通，第二風管上設有第二蝶閥(21)；

電加熱系統由變壓器(12)、可控硅調壓器(13)、銅排線纜(14)和電加熱平板(15) 組成；變壓器的輸入端與380V的交流電源(11)相連，變壓器的輸出端設有可控硅調壓器 (13)，可控硅調壓器(13)的輸出端由銅排線纜(14)與電加熱平板(15)相連；電加熱平 板(15)位于氣體噴嘴組與測量系統的測量黑箱的開口端之間；

測量系統由測量黑箱與紅外熱像儀(10)組成；測量黑箱的一端為開口端并朝向電加熱 系統的電加熱平板(15)，測量黑箱的另一端設有熱像儀觀測孔(9)，熱像儀觀測孔(9)外 側設有紅外熱像儀(10)；

第二步，噴嘴冷卻的空白實驗：不啟動供風系統，打開交流電源(11)，啟動可控硅調壓 器(13)，將電壓逐步調高，電流通過銅排線纜(14)和電加熱平板(15)構成的加熱回路， 將電加熱平板(15)加熱；測量者通過紅外熱像儀(10)觀測電加熱平板(15)的表面溫度 變化，直到其電加熱平板(15)的板面平均溫度達到實驗設定值；電加熱平板(15)穩定在 溫度的實驗設定值后，測量整個加熱回路的電流和電壓值；重復測量電流電壓值超過(3)次， 兩次間的間隔不少于5min，將每次電流值I₀和電壓值V₀記錄下來，其乘積的平均值P₀作為 無噴嘴強制冷卻時的系統散熱量；

第三步，先關閉電加熱系統，啟動供風系統；在氣體噴嘴冷卻性能的測量系統使用之前， 需要首先啟動供風系統，并采集風箱(5)的空氣流量數據；逐漸加大主回路上的第一蝶閥(3) 的開度，直至流量孔板(4)測得的氣體流量達到實驗設定的氣體流量；

測量實驗中，空氣在氣體噴嘴處的流速w₁＝流量孔板(4)測得的氣體流量/氣體噴嘴截面 積；此流速設定時需要保證其Re₁＝w₁S₁/ν₁的范圍在Martin理論的適用范圍內，即對于窄縫 噴嘴Re₁在1500～40000，對于圓口噴嘴Re₁為2000～100000，Re₁為氣體噴嘴處的雷諾數，S₁表示氣體噴嘴的特征尺寸，ν₁表示空氣在實驗溫度下的運動粘度；

第四步，電加熱平板加熱：重復第二步的步驟，啟動電加熱系統，此時測得的加熱功率 記為P₁；

第五步，空氣冷卻功率的測量：扣除掉氣體噴嘴冷卻性能的測量系統本身在此電加熱平 板溫度下的散熱量，即為通入空氣的噴嘴的強制冷卻功率，記為Q₁＝P₁-P₀；

第六步，噴嘴冷卻功率的換算：工程實際運行狀態下的噴嘴冷卻能力記為Q₂，則

Q2=Q1×(w2ν1w1ν2)2/3×ΔT2ΔT1×k2k1×(Pr2Pr1)0.42]]>

其中w₁為測量系統中空氣在氣體噴嘴處的流速，ν₁為空氣在實驗溫度下的運動粘度， ΔT₁為電加熱平板與噴嘴處空氣的溫差，k₁為空氣在實驗溫度下的導熱系數，Pr₁為空氣的普 朗特數；w₂為工程原型中氣體的流速，ν₂為工程原型中氣體介質的運動粘度，ΔT₂為被冷卻 的電加熱平板表面與噴嘴處氣體的溫差，k₂為工程原型中氣體的導熱系數，Pr₂為工程原型中 氣體介質的普朗特數。