[发明专利]高热流耦合环境下双探头热流计及其热流密度的测定方法

说明书

一种高热流耦合环境下双探头热流计及其热流密度的测定方法，涉及热流测量技术领域。本发明解决了现有的热流计均无法同时测量对流热、纯辐射热流和总热流值的问题。它包括相邻设置在燃烧室内的两个探头，每个探头均包括第一冷套组件、第二冷套组件、紫铜芯体以及两根热电偶，所述第一冷套组件包括外壳、内套、第一进水管、第一出水管、分区隔板和若干折流板，外壳为桶状结构且外壳的桶底部开设有直通孔，内套包括由上到下依次同轴固接为一体且呈阶梯状分布的第一至第四圆柱段，且内套沿其中心轴向位置开设有阶梯通孔，外壳扣装在第四圆柱段上方，第一圆柱段穿装在直通孔内且第一圆柱段的顶面与外壳的桶底面位于同一水平面。

技术领域

本发明涉及一种高热流耦合环境下双探头热流计及其热流密度的测定方法，涉及热流测量技术领域。

背景技术

随着航空发动机的推动比和飞行器的气动热越来越高，其温度可达1400℃-1600℃，局部最高可到3000℃，表面热流密度可达6MW/m²，局部热流密度最高预计可到8MW/m²，且测量环境恶劣。

在燃气轮机和内燃机的燃烧室中辐射热流全空间存在能够反映出燃料燃烧释热过程、燃料燃烧特性、燃烧室的壁面热流分布和壁温分布等热环境参数。在热防护领域，防护材料不仅要经受辐射热流的考验，同时还要经受强对流下的冲刷，因此同时测量纯辐射和纯对流热流为选取合适的材料、设计可靠的热防护系统提供了参考。因此高温耦合环境下的纯对流热流、纯辐射热流和总热流值对于控制加热过程，评估高温下的设备材料性能，优化动力系统中燃烧器的性能及热保护非常重要。

现有技术中如申请号为201410234217.9的发明专利公开了一种多测头瞬态辐射热流计及热辐射热流密度的测定方法，其为两个表面发射率不同的康铜片在接收到热流后，直接测量康铜片的温度变化。该热流计用于测量辐射热流密度，并且理论模型为集总热容法只考虑了测量点的温度随时间变化，忽略了径向导热会造成测量不准确。由于测头为康铜片，只能适用于低热流密度的瞬态测量，无法在高热流密度下长时间工作。

申请号为201320225593.2的实用新型专利公开了一种双环热保护瞬态辐射热流计，其是根据航天热背景温度为100K，辐射热流为10W/m²-1400W/m²的环境而设计，是瞬态测量热流计。同样这种热流计也只能适用于低热流密度的瞬态测量，无法在高热流密度下长时间工作。

申请号为200910085715.0的发明专利公开了一种高温高压辐射热流计，其在测头顶面添加了蓝宝石玻璃窗，会导致(1)无法覆盖全波长；(2)无法覆盖全部半球空间；(3)只能给出辐射热流，不能同时给出对流和总热流。此外采用耐2000K高温的合金材料，会导致热流计的造价大大提高。

申请号为200920200707.1的实用新型专利公开的一种新型的双翼热流计，和申请号为200920200708.6的实用新型专利公开的一种外冷式新型热流计，采用水冷壁内侧的部件吸热，在水冷壁外侧的热传导部件形成温度梯度，进而推解算出热流值，但是这种方法值只能测量总热流。

这几种热流计都不能同时测量纯对流热流、纯辐射热流和总热流值。

发明内容

本发明是为了解决现有的热流计均无法同时测量对流热、纯辐射热流和总热流值的问题，进而提供了一种高热流耦合环境下双探头热流计及其热流密度的测定方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种高热流耦合环境下双探头热流计，它包括相邻设置在燃烧室内的两个探头，每个探头均包括第一冷套组件、第二冷套组件、紫铜芯体以及两根热电偶，