一种双喉道吸气式高温测量方法技术

本发明专利技术属于高温燃气流温度测试领域，具体涉及一种双喉道吸气式高温测量方法，通过形成局部超音速区，并由此建立流量平衡关系，对被测燃气温度进行反推计算的测量方法。该方法成本低廉，可实现利用普通材料对超过2000℃燃气流温度的测量。

【技术实现步骤摘要】
一种双喉道吸气式高温测量方法
本专利技术属于高温燃气流温度测试领域，具体涉及一种双喉道吸气式高温测量方法。
技术介绍
高温燃气流温度测量的传统方法是利用以贵金属Pt为基础的耐高温合金材料(含Rh等)制成的热电偶探针嵌入气流中实施测量。该方法具有制作简易、读取方便、精度高等优点。然而，受偶丝材料熔点所限，热电偶探针所能够测量的最高温度一般在2100K以内。同时，探针加工成本较高，可重复性使用也比较差。
技术实现思路
本专利技术的目的：为提高探针温度测量上限和测试精度，实现普通材料对超过2000℃气流温度的测量，专利技术一种双喉道吸气式高温测量方法。技术方案：一种双喉道吸气式高温测量方法，以间接测温原理为基础，进行高温燃气流温度测量。建立探针模型并分为5个特征截面：0截面代表被测高温燃气截面，1截面代表探针进口截面，2截面代表第一喉道截面，3截面代表测量系统截面，4截面代表第二喉道截面，5截面代表探针出口截面。被测燃气介质为理想气体时，气体在探针内部等熵膨胀。在探针的两喉道间(2截面和4截面)可通过流量平衡建立关系式，即建立被测温度(0截面)、测点温度(3截面)、被测压力(0截面)、测点压力(3截面)、两喉道面积比及燃气比热比等参数的关系式。通过常温标定技术获取探针温度测点泄流系数比、两喉道面积比，应用过程中得到3截面参数测量结果，并测取燃气样品的成分获得燃气比热比γ，进而通过关系式推算出被测燃气流的总温值。一种双喉道吸气式高温测量方法，双喉道吸气式高温测量探针系统组件构成。探针系统工作时分为两阶段：当控制阀(6)关闭时，探针测量系统(3)测量的是第一喉道截面总压；当控制阀(6)打开且吸气泵(7)工作时，探针测量系统测量的是第二喉道(4)的总压和总温，同时，吸气泵吸出的燃气样品流经燃气分析器(5)，可通过测取燃气样品的成分获得燃气比热比γ。将两阶段测得的参数和形成的函数关系代入公式即可通过计算推算出被测燃气流的总温值。一种双喉道吸气式高温测量方法，双喉道吸气式高温测量探针校准、标定技术。常温标定技术获取常温环境下双喉道吸气式高温探针3截面温度测点泄流系数比、两喉道面积比参数。双喉道吸气式高温测量探针高温标定试验验证双喉道吸气式高温探针理论模型的可行性，并确定测温精度。本专利技术的有益效果:本双喉道吸气式高温测量以精度高，成本低廉的常规热电偶作为探针设计基础，结合冷却与燃气分析技术，实现燃气温度约2000℃的测量。本专利技术是一种利用低廉材料实现高温测量的间接测量方法，它可以突破铂/铑热电偶温度测量的上限，实现对燃气更高温度的测量。附图说明图1为本专利技术提供的一种示意图；图2为专利技术提供的另一种示意图。具体实施方式本专利技术属于高温燃气流温度测试领域，具体涉及一种双喉道吸气式高温测量方法，通过形成局部超音速区，并由此建立流量平衡关系，对被测燃气温度进行反推计算的测量方法。该方法成本低廉，可实现利用普通材料对超过2000℃燃气流温度的测量。本专利技术可以突破铂/铑热电偶温度测量的上限，实现对燃气更高温度的测量。美国NACA研究人员F.S.Simmons等人曾在20世纪50～60年代提出并发展了双喉道测温的理论，该理论是建立在两喉道间流量平衡和喉道音速的基础上，对被测高温燃气进行冷却，使温度降低至能用普通热电偶测量的程度，通过温度、压力的间接测量，反推计算被测气流温度。在双喉道测温理论基础上，成功研制试验件实现了燃气温度4000°R(约2000℃)的测量。英国剑桥大学怀特试验室M.Massini等人对双喉道技术进行了发展，并于2008年成功研制了新的间隙吸气式温度探针。据相关资料显示，间隙吸气式温度探针在900K(约627℃)时可达到精度±6K，并成功在罗.罗某燃机上实现了工程应用，测量温度达1900K(约1627℃)。在国内鲜有双喉道测温理论类似的原理介绍，以及双喉道吸气式测温技术相关研究结果与应用情况。下面通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明:请参阅图1，本专利技术属于高温燃气流温度测试领域，涉及一种双喉道吸气式高温测量方法。通过对双喉道测温理论分析，建立探针结构并分为5个特征截面：0截面代表被测高温燃气截面，1截面代表探针进口截面，2截面代表第一喉道截面，3截面代表测量系统截面，4截面代表第二喉道截面，5截面代表探针出口截面。进一步确定探针系统组件构成，并进行双喉道吸气式探针系统常温校准、高温标定。被测燃气介质为理想气体时，气体在探针内部等熵膨胀。在探针的两喉道间(2截面和4截面)可通过流量平衡建立关系式，即建立被测温度(0截面)、测点温度(3截面)、被测压力(0截面)、测点压力(3截面)、两喉道面积比及燃气比热比等参数的关系式。在探针的两喉道间(2截面和4截面)可通过流量平衡建立关系式，忽略从第0截面到第2截面之间燃气流总温的差异，式(1)可表示为：如果喉道孔工作在气流阻塞状态，即Ma＝1，则系数K可表示为唯一与燃气流比热比γ相关方程：此时，式(2)便可以简化为：即建立被测温度(0截面)、被测温度(3截面)、被测压力(0截面)、被测压力(3截面)、泄流系数比(CD2/CD4)、两喉道面积比(A2/A4)及燃气比热比γ等参数的关系式。通过常温标定技术获取探针泄流系数比(CD2/CD4)和两喉道面积比(A2/A4)，再通过测取燃气样品的成分获得燃气比热比γ，利用公式(3)得到(KS2/KS4)，进而通过关系式推算出被测燃气流的总温值。请参阅图2，双喉道吸气式高温探针系统组件包括(1)探头、(2)冷却系统、(3)测量系统、(4)第二喉道、(5)燃气分析器、(6)控制阀、(7)吸气泵。探头的主要功能是引入燃气，以实现后续组件对燃气流温度和压力的测量，以及对燃气成分的测定。探头是探针系统中受温最高的部件，并且第一喉道布置在探头部件中，需避免因燃油未完全燃烧对探头喉道孔造成积炭或堵塞等现象的影响。探针冷却系统主要对探针壳体和吸入样气实施冷却。测量系统由一个总压测点、一个静压测点和一个总温测点组成，位于第二喉道前端并尽量靠近第二喉道位置。当控制阀开启，吸气泵工作时，测点所测压力与温度被认为是第4截面燃气流总压与总温；当控制阀关闭，探针系统相当于一支总压探针，压力测点所感测的压力即被认为是第2截面燃气流总压。所有需要测量的参数均可以从探针的测量系统中获得。为减小气流在第二喉道内的损失，第二喉道设计为文氏管形状。γ值的大小通过探针系统中的燃气分析器获得。控制阀需要开启与关闭两个基本功能：当阀开启时，探针测量压力P4和温度T4；当阀关闭时，探针测量压力P2。吸气泵的主要功能是在探针系统的探头与尾端形成一定的压力差，以确保燃气流能够在两个喉道处形成Ma＝1的气流。双喉道吸气式高温探针测量系统的总温测点在实际使用中存在一定的总温恢复误差，通过修正计算消除该误差对该测点测温精度的影响，进而获得准确的被测燃气总温值。由于探针喉道结构尺寸设计值较小，加工的不确定性因素将对探针测量和温度推导造成较大影响，需在常温下对探针实物进行校准。双喉道吸气式高温测量探针高温标定试验验证双喉道吸气式高温探针理论模型的可行性，并确定测温精度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双喉道吸气式高温测量方法，其特征在于，所述方法包括：建立探针模型并分为6个特征截面，所述6个特征截面包括代表被测高温燃气截面的0截面、代表探针进口截面的1截面、代表第一喉道截面的2截面、代表测量系统截面的3截面、代表第二喉道截面的4截面、代表探针出口截面的5截面；若喉道孔工作在气流阻塞状态，则系数K与燃气流比热比γ的函数关系如公式(3)：

【技术特征摘要】
1.一种双喉道吸气式高温测量方法，其特征在于，所述方法包括：建立探针模型并分为6个特征截面，所述6个特征截面包括代表被测高温燃气截面的0截面、代表探针进口截面的1截面、代表第一喉道截面的2截面、代表测量系统截面的3截面、代表第二喉道截面的4截面、代表探针出口截面的5截面；若喉道孔工作在气流阻塞状态，则系数K与燃气流比热比γ的函数关系如公式(3)：通过测取燃气样品的成分获得燃气比热比γ；根据所述公式(3)和所述γ得到KS2/KS4，在所述2截面和所述4截面间，通过流量平衡建立函数关系如公式(4)：获取所述0截面的被测温度、所述3截面的被测温度、所述0截面被测压力、所述3截面的被测压力；通过常温标定技术获取探针泄流系数比CD2/CD4和两喉道面积比A2/A4；根据所述参数CD2/CD4、所述参数A2/A4、所述参数KS2/KS4、所述0截面的被测温度、所述3截面的被测温度、所述0截面被测压力、所述3截面的被测压力，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭道勇，沙朋朋，黄明镜，朱涛，唐磊，连加椿，
申请(专利权)人：中国航发四川燃气涡轮研究院，
类型：发明
国别省市：四川,51