[发明专利]一种水冷式火焰强度测量装置

说明书

本发明涉及一种水冷式火焰强度测量装置，该装置包括：一端开口、另一端封闭的中空冷却筒，具有高温面和低温面的测量块，分别设置在测量块的高温面和低温面上的热电偶，与冷却筒的开口端固定连接、并封闭冷却筒的开口的底盘，贯穿底盘的中心后伸入冷却筒内部深处的入水管，和贯穿底盘的边缘后伸入冷却筒内部浅处的出水管；其中，冷却筒的封闭端中心开设冷却孔，测量块固定设置在冷却筒的封闭端的中心，且低温面正对冷却孔，入水管的出口正对低温面的中心，高温面背离冷却孔以与火焰相接触。本发明基于傅里叶导热定律，根据测量块的高温面和低温面的温差来计算火焰的热流密度，原理清晰，结构简单，可以准确测量火焰处热流密度。

技术领域

本发明涉及一种测量火焰热流密度的装置，尤其涉及一种水冷式火焰强度测量装置。

背景技术

随着航天航空技术的发展，对航天飞行器的热防护研究愈来愈重要。虽然温度测量简便易行，但往往仅了解温度不足以完整地刻画相关物理问题。热流密度为单位时间通过物体单位横截面积上的热量，热流密度是基础传热问题中的一个核心参数，对热防护领域相关装置的设计校核起着重要作用。如电子器件表面虽然温度不特别高，但是热流密度却可以达到十的六次方瓦每平方米的量级，相当于卫星表面的热流状况。高速飞行器头锥表面的热流密度可达十的七次方瓦每平方米的量级，温度超过两千摄氏度。目前已有的火焰热流密度测量装置多采用热流传感器元件，测量量程较小，不能承受较高的热流密度，热流密度难以稳定测量。同时，在能源与动力领域中，锅炉内火焰的热流密度也难以用常规的热流密度计实时长期稳定测量。目前符合测量范围的火焰热流密度装置数量极少而且价格昂贵。为了使设计人员方便对相关装置的使用环境进行更为准确的测量，需要探索新型的简易的火焰热流密度测量装置。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种水冷式火焰强度测量装置，通过分别测量受到火焰冲击的测量块高温面和受到冷却水冲击冷却的测量块低温面的温度，基于傅里叶导热定律，根据测量块的高温面和低温面的温差来计算火焰的热流密度，原理清晰，结构简单，可以准确测量火焰处热流密度。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种水冷式火焰强度测量装置，其特征在于，该装置包括：一端开口、另一端封闭的中空冷却筒，具有高温面和低温面的测量块，分别设置在所述测量块的高温面和低温面上的热电偶，与所述冷却筒的开口端固定连接、并封闭所述冷却筒的开口的底盘，贯穿所述底盘的中心后伸入所述冷却筒内部深处的入水管，和贯穿所述底盘的边缘后伸入所述冷却筒内部浅处的出水管；其中，所述冷却筒的封闭端中心开设冷却孔，所述测量块固定设置在所述冷却筒的封闭端的中心，且所述低温面正对所述冷却孔，所述入水管的出口正对所述低温面的中心，所述高温面背离所述冷却孔以与火焰相接触。

所述冷却筒为不锈钢圆柱筒。

所述测量块采用304不锈钢金属块制成。

所述测量块与所述冷却筒的封闭端之间设置有低导热率的橡胶垫片。

所述热电偶采用K型热电偶。

所述入水管和出水管与外部冷却装置相连接，以水注入作为冷却水，所述冷却水通过所述外部冷却装置进行循环利用，通过实验选择合适的冷却水流量。

所述冷却筒的封闭端和测量块的外部还设置有防护挡板，所述防护挡板与所述冷却筒的封闭端固定连接，并在正对所述测量块的所述高温面的位置开设火焰孔。

所述冷却筒、测量块和防护挡板形成的间隙中还填充有耐高温的硅酸铝纤维。

所述硅酸铝纤维与所述测量块之间留有孔隙。

所述冷却筒与所述底盘和防护挡板之间均通过螺丝固定连接；所述底盘与所述入水管和出水管之间通过焊接的方式连接；所述热电偶与所述测量块的所述高温面和低温面之间通过焊接的方式连接。