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高焓脉冲风洞瞬态辐射热流传感器研制

刘济春 常雨 龚红明 田润雨 马平

刘济春, 常雨, 龚红明, 等. 高焓脉冲风洞瞬态辐射热流传感器研制[J]. 实验流体力学, doi: 10.11729/syltlx20230092
引用本文: 刘济春, 常雨, 龚红明, 等. 高焓脉冲风洞瞬态辐射热流传感器研制[J]. 实验流体力学, doi: 10.11729/syltlx20230092
LIU J C, CHANG Y, GONG H M, et al. Development of transient radiation heat flux sensorfor high enthalpy pulse wind tunnel[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, doi: 10.11729/syltlx20230092
Citation: LIU J C, CHANG Y, GONG H M, et al. Development of transient radiation heat flux sensorfor high enthalpy pulse wind tunnel[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, doi: 10.11729/syltlx20230092

高焓脉冲风洞瞬态辐射热流传感器研制

doi: 10.11729/syltlx20230092
详细信息
    作者简介:

    刘济春:(1972—),男,四川蒲江人,高级工程师。研究方向:高超声速气动热测量技术。通信地址:四川省绵阳市涪城区二环路南段6号(621000)。E-mail:ch136xqd@qq.com

    通讯作者:

    E-mail:gh_ming@163.com

  • 中图分类号: V590.50

Development of transient radiation heat flux sensorfor high enthalpy pulse wind tunnel

  • 摘要: 为满足高焓脉冲风洞辐射热流测量试验需求,研制了适用于超高速瞬时流场的辐射热流传感器。该传感器以柱状薄膜热流计为基础,在薄膜敏感元表面增设了辐射吸收膜,并在热流计前端设置辐射透射窗口,实现感受辐射加热和隔离对流加热。利用脉冲激光和激波管检测了辐射热流传感器的响应特性,在气流速度约11 km/s的高焓膨胀管风洞流场中,以该传感器测量了返回舱模型迎风大底驻点的辐射热流,结果表明传感器响应快、热流测量结果合理,适用于高焓脉冲风洞辐射热流测量。
  • 图  1  辐射热流测量原理示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of radiation heat flux measurement

    图  2  辐射热流传感器结构示意图

    Figure  2.  Structure diagram of radiation heat flux sensor

    图  3  铬硅膜吸收率标定结果

    Figure  3.  Calibration data of absorption rate of chromium silicon film

    图  4  氟化镁玻璃窗口的透过率

    Figure  4.  Transmittance of magnesium fluoride window

    图  5  透射窗口的热流穿透深度

    Figure  5.  The penetration depth of heat flux through the transmission window

    图  6  辐射热流传感器

    Figure  6.  Photos of radiation heat flux sensor

    图  7  热物性系数标定系统

    Figure  7.  Thermal property coefficient calibration system

    图  8  激光法测量的辐射热流传感器上升响应曲线

    Figure  8.  Rise curve of radiation heat flux sensor measured by laser method

    图  9  多功能激波管

    Figure  9.  Multifunctional shock tube

    图  10  激波管侧壁面传感器测点

    Figure  10.  Installation of sensors on shock tube wall

    图  11  激波管测量的辐射热流传感器上升响应曲线

    Figure  11.  Rise curve of radiation heat flux sensor measured in shock tube

    图  12  高焓膨胀管风洞

    Figure  12.  High Enthalpy Expansion Tunnel

    图  13  激波管被驱动段与加速段内的激波速度分布

    Figure  13.  Shock velocity distribution in driven section and acceleration section

    图  14  返回舱模型和辐射热流传感器

    Figure  14.  Capsule test model and radiation heat flux sensor

    图  15  返回舱驻点热流与皮托压力测量曲线

    Figure  15.  Measured stagnation point heat flux of the capsule model and pitot pressure of the flow field

    表  1  常用玻璃材料的透光波段

    Table  1.   Transmittance of commonly used glass materials

    材料名称透光波段/μm
    氟化镁0.12 ~ 7.00
    氟化钙0.17 ~ 7.80
    蓝宝石0.18 ~ 4.50
    熔石英0.19 ~ 2.50
    石英晶体0.2 ~ 2.5
    H–K9L0.33 ~ 2.10
    硒化锌0.55 ~ 19.00
    1.2 ~ 7.0
    2.0 ~ 14.0
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    表  2  氟化镁的性质

    Table  2.   Nature of magnesium fluoride

    名称氟化镁
    类型单晶
    密度/(g·cm−3)3.177
    比热容J/(kg·k)1003
    导热系数/(W·m−1K−1)0.3
    透光波段/μm0.12 ~ 7.00
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    表  3  激波管试验参数

    Table  3.   Test parameters in shock tube

    p1/PaT1/Kvs /(km·s−1)T2/Kp2/kPav2/(km·s−1)
    4202934.56508296.54.12
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    表  4  喷管出口试验气流参数

    Table  4.   Test flow parameters at nozzle exit

    v/(km·s−1)T/Kp/Paρ/(kg·cm−3)H0/(MJ·kg−1)
    11.01219681.8 × 10−463
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    表  5  辐射热流测量及处理结果

    Table  5.   Results of radiation heat flux measurement

    试验车次Shot 32Shot 37Shot 38Shot 39
    气流速度/(km·s−1)11.4710.7611.0511.05
    qr, m/(w·cm−2)36.322.329.128.1
    qr, s/(w·cm−2)80.149.264.262.0
    qr/(w·cm−2)118.651.274.774.7
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  • [1] 林贞彬, 黄德, 杭建, 等. 高超声速钝锥流场红外辐射实验研究[J]. 力学学报, 2006, 38(4): 446–451. doi: 10.3321/j.issn:0459-1879.2006.04.003

    LIN Z B, HUANG D, HANG J, et al. Experimental research on infrared radiation in hypersonic flow around blunt cone[J]. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2006, 38(4): 446–451. doi: 10.3321/j.issn:0459-1879.2006.04.003
    [2] 余西龙, 林贞彬, 竺乃宜, 等. 二维高超声速钝体激波层紫外辐射的实验观察[J]. 力学学报, 2003, 35(3): 321–325. doi: 10.3321/j.issn:0459-1879.2003.03.010

    YU X L, LIN Z B, ZHU N Y, et al. Preliminary observation on ultraviolet emission spectra in non-equilibrium 2-D hypersonic blunt body shock layer flow[J]. Acta Mechanica Sinica, 2003, 35(3): 321–325. doi: 10.3321/j.issn:0459-1879.2003.03.010
    [3] 郭七一, 薛剑青, 张卫正, 等. 柴油机缸内瞬态辐射换热实验研究[J]. 内燃机学报, 1997, 15(2): 166–172. doi: 10.3321/j.issn:1000-0909.1997.02.005

    GUO Q Y, XUE J Q, ZHANG W Z, et al. Experimental study on transient radiation heat transfer in diesel engine cylinder[J]. Transactions of CSICE, 1997, 15(2): 166–172. doi: 10.3321/j.issn:1000-0909.1997.02.005
    [4] 郭七一, 薛剑青, 张卫正, 等. 柴油机缸内传热和气流运动实验方法研究[J]. 北京理工大学学报, 1997, 17(4): 451–457. doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.1997.04.010

    GUO Q Y, XUE J Q, ZHANG W Z, et al. Experimental investigation of heat transfer and gas flow motion on the inner surface of cylinder wall in diesel engines[J]. Journal of Beijing Institute of Technology, 1997, 17(4): 451–457. doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.1997.04.010
    [5] 刘明安, 潘克煜, 陈硕, 等. 柴油机缸内瞬态辐射热流传感器的研究与应用[J]. 仪表技术与传感器, 1999(7): 4–6, 18.

    LIU M A, PAN K Y, CHEN S, et al. Study on improvement of genetic programming based on the macro-mutation[J]. Instrument Technique and Sensor, 1999(7): 4–6, 18.
    [6] 高天, 潘克煜, 陈飞. 直喷式柴油机缸内气体辐射传热的研究[J]. 西安交通大学学报, 2006, 40(3): 302–306DOI: 10.3321/j.issn: 0253-987X.2006.03.013.

    GAO T, PAN K Y, CHEN F. Investigation on In-cylinder radiation from gases in DI diesel engine[J]. Journal of Xi’an Jiaotong University, 2006, 40(3): 302–306. doi: 10.3321/j.issn:0253-987X.2006.03.013
    [7] 陈则韶, 杨宝玉, 胡芃, 等. 瞬态辐射热流计[J]. 太阳能学报, 2006, 27(8): 754–758. doi: 10.3321/j.issn:0254-0096.2006.08.004

    CHEN Z S, YANG B Y, HU P, et al. Research on the transient radiant heat flow meter[J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2006, 27(8): 754–758. doi: 10.3321/j.issn:0254-0096.2006.08.004
    [8] 唐贵明, 袁生学, 曾远金. 激波风洞高焓流动及其驻点对流和辐射热流测量[J]. 流体力学实验与测量, 1998(1): 50–55.

    TANG G M, YUAN S X, ZENG Y. High enthalpy equilibrium flow and measurements of stagnation point convective and radiative heat transfer in a shock tunnel[J]. Experiments and Measurements in Fluid Mechanics, 1998(1): 50–55.
    [9] TANNO H, KOMURO T, LILLARD R P, et al. Experimental study of high-enthalpy heat flux augmentation in shock tunnels[J]. Journal of Thermophysics and Heat Transfer, 2015, 29(4): 858–862. doi: 10.2514/1.t4478
    [10] CAPRA B R, MORGAN R G. Radiative and total heat transfer measurement to a Titan explorer model[J]. Journal of Spacecraft and Rockets, 2012, 49(1): 12-25. doi: 10.2514/1.52961
    [11] 龚红明, 常雨, 廖振洋, 等. 高焓膨胀管风洞性能调试试验研究[J]. 气体物理, 2022, 7(2): 32–39. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0886

    GONG H M, CHANG Y, LIAO Z Y, et al. Experimental performance evaluation of the high enthalpy expansion tunnel[J]. Physics of Gases, 2022, 7(2): 32–39. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0886
    [12] 吕治国, 龚红明, 常雨, 等. 跨越第二宇宙速度的膨胀管风洞研制[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 138–151.

    LYU Z G, GONG H M, CHANG Y. Development of an expansion tunnel with gas flow speed greater than escape velocity[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2022, 43(S2): 138–151.
    [13] 曹玉璋, 邱绪光. 实验传热学[M]. 北京: 国防工业出版社, 1998.
    [14] 李强, 刘济春, 孔荣宗. 耐冲刷薄膜铂电阻热流传感器研制[J]. 电子测量与仪器学报, 2017, 31(4): 623–629. doi: 10.13382/j.jemi.2017.04.019

    LI Q, LIU J C, KONG R. Development of anti-erosion platinum thin film resistance thermal sensor[J]. Journal of Electronic Measurement and Instrumentation, 2017, 31(4): 623–629. doi: 10.13382/j.jemi.2017.04.019
    [15] PARKER R, MaCLEAN M, HOLDEN M, et al. Shock front radiation studies at CUBRC[R]. AIAA 2010-1370, 2010.
    [16] PARKER R, DUFRENE A T, HOLDEN M, et al. Shock-front emission measurements at 10 km/S[R]. AIAA 2011-715, 2011.
    [17] TAUBER M E, SUTTON K. Stagnation-point radiative heating relations for earth and Mars entries[J]. Journal of Spacecraft and Rockets, 1991, 28(1): 40–42. doi: 10.2514/3.26206
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-07-17
  • 修回日期:  2023-09-04
  • 录用日期:  2023-09-09
  • 网络出版日期:  2023-11-28

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    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日