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某型涡桨发动机燃烧室温度场热电偶动态响应规律的技术研究

唐文彬  
【摘要】:在涡桨发动机的控制系统试验研究中,快速、准确地得到燃烧室出口温度参数是非常重要的一环。由于热电偶测温时会产生温度的延迟和滞后,因此,需要对热电偶的动态响应规律进行研究并对其测温结果进行动态补偿。本文以特定的两种用于某型涡桨发动机燃烧室出口温度测量的热电偶(某2A型和某3型)为研究对象,对其响应特性与动态补偿展开研究。 首先,利用管式电阻炉提供稳定的温度场,运用比较法对某2A型热电偶定标。通过对比参考的温度—电势关系,验证此种方法的可行性。将试验结果进行拟合,得到电势—温度的拟合关系,方便此种热电偶的实际应用。 随后对热电偶的静态响应特性即时间常数进行测量。研究初始温度T0、温度阶跃ΔT以及热电偶材料对时间常数的影响,试验结果表明:(1)在相同的温度阶跃ΔT情况下,初始温度T0越高,其时间常数越小;(2)当初始温度T0相同时,判断热电偶时间常数的大小需要对导热速率与热量需求量进行综合考虑。(3)当热电偶测温端几何参数与换热条件一致时,时间常数的大小主要取决于热电偶本身物理性质(p、c):密度和比热c越大,时间常数r越大;密度p和比热c越小,时间常数r则越小。 利用FLUENT模拟热电偶对流场的影响,根据模拟结果发现:(1)对于固定安装形式的热电偶,在不同的流速下,热电偶对流场的影响趋势是一致的;(2)对于固定装配式热电偶,安装角度越大,热电偶对流场的影响范围越小,但其周围流场速度降低,不利于对流换热;(3)整体看来,由于尺寸上的巨大差异,所以,不论采取何种安装形式,热电偶对流场的影响都比较弱;(4)结合数值模拟结果与实际应用,确定竖直安装是最优的安装形式。 数值模拟热电偶结构与材料对响应特性的影响发现:(1)对比半开口、通孔和收缩口三种形式的测温端保护套管结构,确定收缩口形式最利于热电偶对温度的快速响应;(2)建立热电偶传热模型,对优化热电偶结构与选材提供指导。 模拟热风洞试验,对热电偶的动态响应特性进行研究:(1)当阶跃温度ΔT,初始温度T0一定时,气流速度越大,热电偶的时间常数越小,其动态响应特性越优异;(2)以微细铠装型热电偶的响应曲线作为基准,对某3型热电偶进行动态补偿,优化某3型热电偶的响应特性。


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