Рис. 4. Модель термопары с за-
крытым спаем:
а
— металлический чехол (сталь
Х18Н10Т);
б
— электроизоляция тер-
моэлектродов (керамика);
1
— кон-
вективный тепловой поток и поток
собственного излучения;
2
— есте-
ственное охлаждение конвекцией и
излучением;
T
1
— температура спая
термопары
практически совпадает с
Т
торм
, а тем-
пература в точке, расположенной под
углом
95
◦
от точки
2
(точка
3
на
рис. 5), отличается от нее менее чем
на 2%.
Таким образом, с достаточной точ-
ностью принимаем, что для расче-
та температурного поля поверхность
термопарного датчика в металличе-
ском чехле можно условно разде-
лить на две зоны, в первой из ко-
торых (обращена к набегающему по-
току) температура среды равна
T
торм
.
Вторая зона (остальная часть окруж-
ности) носит условное название “за-
стойная область потока”, температура
среды в ней рассчитывается по фор-
муле из работы [2]:
T
заст.обл
=
T
своб.потока
=
T
торм
−
V
2
2
С
p
.
(8)
На рис. 5 для каждой из областей
указана температура среды, необходи-
мая при расчете конвективного пото-
ка теплоты к поверхности чехла тер-
мопары. Периметры областей, имею-
щих температуру
Т
торм
и
Т
заст.обл
соот-
носятся как 53% и 47% соответствен-
но.
Граничные и начальные усло-
вия.
Особенностью моделирования
граничных условий с помощью про-
граммы Nastran являлась возможность учитывать непостоянство ко-
эффициента теплоотдачи и температуры среды по поверхности датчи-
ка в осевом и окружном направлениях. При расчете рассматривался
случай проведения измерений температуры газа в точке пересечения
условных продольных осей термопары и сопла (точка
А
на рис. 6),
поэтому длина рабочего участка термопары, омываемого горячим га-
зом, при моделировании принималась равной 12,5 мм (радиус сопла).
В этой области (см. поз.
1
на рис. 4) коэффициент конвективного те-
плообмена и температура среды принимались постоянными в осевом
направлении. В окружном направлении на поверхности чехла условно
заданы две зоны — область набегающего потока и застойная область.
52 ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2007. № 4
