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水卡量热计的流热耦合模拟研究及试验分析

朱新新 李泽禹 赵文峰 王辉 杨凯 杨庆涛

朱新新,李泽禹,赵文峰,等. 水卡量热计的流热耦合模拟研究及试验分析[J]. 实验流体力学,2022,36(X):1-7 doi: 10.11729/syltlx20210011
引用本文: 朱新新,李泽禹,赵文峰,等. 水卡量热计的流热耦合模拟研究及试验分析[J]. 实验流体力学,2022,36(X):1-7 doi: 10.11729/syltlx20210011
ZHU X X,LI Z Y,ZHAO W F,et al. Research on fluid-thermal coupling simulation of water-cooled calorimeter and experimental analysis[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2022,36(X):1-7. doi: 10.11729/syltlx20210011
Citation: ZHU X X,LI Z Y,ZHAO W F,et al. Research on fluid-thermal coupling simulation of water-cooled calorimeter and experimental analysis[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2022,36(X):1-7. doi: 10.11729/syltlx20210011

水卡量热计的流热耦合模拟研究及试验分析

doi: 10.11729/syltlx20210011
详细信息
    作者简介:

    朱新新:(1988—),男,云南保山人,硕士,助理研究员。研究方向:气动热与热防护试验测试技术。通信地址:四川省绵阳市二环路南段6号15信箱504分箱(621000)。E-mail:xinxincomplex@126.com

    通讯作者:

    E-mail:vertin@sina.cn

  • 中图分类号: V441

Research on fluid-thermal coupling simulation of water-cooled calorimeter and experimental analysis

  • 摘要: 研制了一种包含球冠测热体和热防护罩的球头水卡量热计,建立了球冠测热体与测试水的流热耦合模型,基于该模型和热流标定试验分析了水道内水温分布特点及其对热流测量的影响。结果表明:水道内测试水离受热面越近,水温越高,且沿水道径向的温度梯度越大;测试水质量流率越小,沿水道轴向和径向的温度梯度越大,热流计算结果因水温测点位置不同的差异就越大。设计水卡时应使热电偶尽可能远离受热面且靠近水道中轴线;使用前需进行热流标定,确定合适的测试水质量流率范围,获得准确的修正系数。试验结果表明,该球头水卡量热计能够应用于长时间、高精度、多状态的驻点热流测量。
  • 图  1  水卡量热计原理示意图

    Figure  1.  Principle of water-cooled calorimeter

    图  2  球头水卡剖面结构示意图

    Figure  2.  Spherical water-cooled calorimeter section structure

    图  3  计算模型

    Figure  3.  Calculation model

    图  4  温度分布

    Figure  4.  Temperature distribution

    图  5  不同轴向位置的水温沿径向的分布

    Figure  5.  Water temperature distribution along radial direction at different axial positions

    图  6  不同温差计算方式的计算偏差

    Figure  6.  Calculation deviations by different temperature difference calculation methods

    图  7  热流标定试验照片

    Figure  7.  The photo of heat flux calibration test

    图  8  水卡热流标定曲线

    Figure  8.  Heat flux calibration curve of water-cooled calorimeter

    图  9  20支水卡的修正系数

    Figure  9.  Correction coefficient of 20 water-cooled calorimeters

    图  10  风洞试验中的水卡量热计热流测试曲线

    Figure  10.  Heat flux test curve of water-cooled calorimeter in wind tunnel test

    表  1  9种温差计算方式

    Table  1.   Nine temperature difference calculation methods

    序 号123456789
    xin /(10–2 m)21–121–121–1
    xout /(10–2 m)222111–1–1–1
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    表  2  不同进出水测温点位置下的修正系数

    Table  2.   Correction coefficients at different measuring locations of inlet and outlet water

    序号$ x_{{{\text{in}}}}' $/mm$ x_{{{\text{out}}}}' $/mm测试水的质量流率/(g·s–1修正系数
    133339.171.07
    221338.671.16
    315338.831.21
    433218.421.12
    533158.580.96
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-02-07
  • 录用日期:  2021-05-13
  • 修回日期:  2021-04-07
  • 网络出版日期:  2022-01-10

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    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日