[发明专利]一种测量变温热障涂层壁面瞬态热流密度的装置与方法

说明书

本发明公开了一种测量变温热障涂层壁面瞬态热流密度的装置与方法，涉及动力机械壁面传热损失检测领域，包括壁面支撑体、热障层材料，肋片，进气管，出气管，隔板，温度传感器，空气压缩机，阀门和干冰存储罐。在壁面装置壁腔内有安装有所述高频响应热电偶和肋片，所述壁面支撑体内部壁面安装有隔热材料；在装置运行过程中，通过调节经过干冰存储罐的空气流量来控制环境工况下的壁面温度，通过高频响应热电偶测得射流火焰撞击壁面过程中金属壁面与涂层壁面连接处的瞬态温度变化，最后通过逆导热计算获得变温热障涂层表面的热流密度。

技术领域

本发明涉及动力机械壁面传热损失检测领域，尤其涉及一种测量喷雾射流火焰与壁面撞击作用下变温热障涂层壁面热流密度的装置与方法。

背景技术

目前，由于压燃式发动机技术成熟，动力可靠，仍在各种产业中占据主要的动力地位。在“双碳”政策与节能减排的环境下，如何提高压燃式发动机的热效率，提高燃料利用率以及降低其碳排放是一重大课题。在压燃式发动机中，冷却损失约占燃烧总热量的20％～30％，因此，降低壁面冷却传热损失是提高压燃式发动机热效率的一个重要方向。

在压燃式发动机燃烧室壁面应用热障涂层被认为是降低壁面冷却传热损失的有效方式之一。热障涂层可以提高壁面表面温度，降低壁面与工质温差，以此降低冷却热损失。这样不仅能节约能量，还能提高排气能量进而提高尾气后处理效率与增加余热回收。

热障涂层于20世纪80年代提出，此后得到了不断的发展。近年来，一种温度可变的热障涂层得到了发动机科研工作者的广泛关注。这种变温涂层具有较小的导热率和体积热容，涂层表面温度可随缸内气体温度的变化而发生变化：在发动机进气冲程时保持较低温度不影响进气量，在做工冲程时升高表面温度减少燃烧室壁面传热损失。

虽然对此类变温热障涂层已经存在很多研究，但主要集中在发动机性能和排放方面，缺乏对涂层的材料物理、热力学特性等对壁面传热影响方面的基础研究。这就导致一些研究尽管所用涂层材料和厚度等十分接近，却得到相互冲突的结论。因此，需开展此类涂层与发动机喷雾射流火焰撞击作用过程中壁面传热特性的基础研究。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种测量喷雾射流火焰与壁面撞击作用下变温热障涂层壁面热流密度的装置与方法，本发明针对喷雾射流火焰与变温热障涂层壁面撞击过程，测量变温涂层壁面表面热流密度，通过低频热电偶电路获得壁面温度并通过冷却装置去调节壁面温度使得壁面温度保持在目标温度范围内，在目标温度条件下，高频热电偶电路获得待测壁面与壁面交界处的温度，并通过处理获得待测壁面表面的热流密度。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种用于在高温高压燃烧弹中测量射流火焰撞击作用下热障涂层壁面瞬态热流密度的装置，包括热电偶安置孔、待测壁面、高频热电偶和低频热电偶；待测壁面包括热障材料涂层和壁面装置；热障材料涂层涂覆在壁面装置上；所述壁面装置上靠近热障材料涂层侧开设有热电偶安置孔；

所述热电偶安置孔内置有高频热电偶；所述高频热电偶用来测量热障材料涂层与壁面装置交界处的温度，所述低频热电偶用来测量壁面装置的温度。

上述方案中，所述壁面装置设置在壁面支撑体的一端，壁面支撑体上设置有壁面装置端设置在燃烧弹内，且置于喷油嘴下方；壁面装置下方连通有连接软管，通过连接软管将冷气通入到壁面装置上开设的进气孔内从而冷却壁面装置。

上述方案中，所述壁面支撑体外侧包裹有保温层。

上述方案中，所述壁面装置下方设置有肋片；所述壁面装置上设置肋片侧设置有隔板；所述隔板上开设有出气口。

上述方案中，还包括干冰冷却罐，所述干冰冷却罐用来冷却空气；所述干冰冷却罐外设置有干冰冷却罐保温层，所述干冰冷却罐内设置有换热管道和干冰网罩。