[发明专利]气体喷嘴冷却性能的测量方法

权利要求书

1.气体喷嘴冷却性能的测量方法，其特征在于它包括如下步骤：

第一步，气体喷嘴冷却性能的测量系统的准备：气体喷嘴冷却性能的测量系统由供风系 统、气体喷嘴、电加热系统和测量系统组成；供风系统包括风机(2)、第一蝶阀(3)、流量 孔板(4)、风箱(5)；风箱(5)的进风端由第一风管与风机(2)的输出口相连通，第一风 管上设有第一蝶阀(3)和流量孔板(4)；风箱(5)的出风端设有气体喷嘴组，在第一蝶阀 (3)与风机(2)的输出口之间的第一风管上连接第二风管，第二风管与放散器(16)相连 通，第二风管上设有第二蝶阀(21)；

电加热系统由变压器(12)、可控硅调压器(13)、铜排线缆(14)和电加热平板(15) 组成；变压器的输入端与380V的交流电源(11)相连，变压器的输出端设有可控硅调压器 (13)，可控硅调压器(13)的输出端由铜排线缆(14)与电加热平板(15)相连；电加热平 板(15)位于气体喷嘴组与测量系统的测量黑箱的开口端之间；

测量系统由测量黑箱与红外热像仪(10)组成；测量黑箱的一端为开口端并朝向电加热 系统的电加热平板(15)，测量黑箱的另一端设有热像仪观测孔(9)，热像仪观测孔(9)外 侧设有红外热像仪(10)；

第二步，喷嘴冷却的空白实验：不启动供风系统，打开交流电源(11)，启动可控硅调压 器(13)，将电压逐步调高，电流通过铜排线缆(14)和电加热平板(15)构成的加热回路， 将电加热平板(15)加热；测量者通过红外热像仪(10)观测电加热平板(15)的表面温度 变化，直到其电加热平板(15)的板面平均温度达到实验设定值；电加热平板(15)稳定在 温度的实验设定值后，测量整个加热回路的电流和电压值；重复测量电流电压值超过(3)次， 两次间的间隔不少于5min，将每次电流值I₀和电压值V₀记录下来，其乘积的平均值P₀作为 无喷嘴强制冷却时的系统散热量；

第三步，先关闭电加热系统，启动供风系统；在气体喷嘴冷却性能的测量系统使用之前， 需要首先启动供风系统，并采集风箱(5)的空气流量数据；逐渐加大主回路上的第一蝶阀(3) 的开度，直至流量孔板(4)测得的气体流量达到实验设定的气体流量；

测量实验中，空气在气体喷嘴处的流速w₁＝流量孔板(4)测得的气体流量/气体喷嘴截面 积；此流速设定时需要保证其Re₁＝w₁S₁/ν₁的范围在Martin理论的适用范围内，即对于窄缝 喷嘴Re₁在1500～40000，对于圆口喷嘴Re₁为2000～100000，Re₁为气体喷嘴处的雷诺数，S₁表示气体喷嘴的特征尺寸，ν₁表示空气在实验温度下的运动粘度；

第四步，电加热平板加热：重复第二步的步骤，启动电加热系统，此时测得的加热功率 记为P₁；

第五步，空气冷却功率的测量：扣除掉气体喷嘴冷却性能的测量系统本身在此电加热平 板温度下的散热量，即为通入空气的喷嘴的强制冷却功率，记为Q₁＝P₁-P₀；

第六步，喷嘴冷却功率的换算：工程实际运行状态下的喷嘴冷却能力记为Q₂，则

Q2=Q1×(w2ν1w1ν2)2/3×ΔT2ΔT1×k2k1×(Pr2Pr1)0.42]]>

其中w₁为测量系统中空气在气体喷嘴处的流速，ν₁为空气在实验温度下的运动粘度， ΔT₁为电加热平板与喷嘴处空气的温差，k₁为空气在实验温度下的导热系数，Pr₁为空气的普 朗特数；w₂为工程原型中气体的流速，ν₂为工程原型中气体介质的运动粘度，ΔT₂为被冷却 的电加热平板表面与喷嘴处气体的温差，k₂为工程原型中气体的导热系数，Pr₂为工程原型中 气体介质的普朗特数。