НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ ПРОДОЛЬНОГО ТИПА КОЗЛОВ Александр Геннадьевич

НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ
ПЛОТНОСТИ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ ПРОДОЛЬНОГО ТИПА
КОЗЛОВ Александр Геннадьевич
Омский государственный технический университет
Омск – 22 марта 2016
2
1. Введение
qп 
п Tп
dп
;
qп  п Tп ;
Преобразователи плотности теплового потока
продольного (слева) и поперечного (справа) типов
1. Сапожников С.З., Митяков В.Ю., Митяков А.В. Основы градиентной теплометрии. – СПб.: Изд-во
Политехнического ун-та, 2012. – 203 с.
3
1. Введение
Преобразователь ПТП
q
(a)
lw
ls
lw
lw ≥ 10· ls
dw
lw ≥ 10· dw
(б)
ls /2
lw
dw
(в)
4
1. Введение
140
200
120
150
q0b2 100
q0b1
100
80
60
0
0.01
0.02
0.03
50
x0
0
5 10
4
0.001
0.0015
0.002
y0
180
175
q3b8 170
165
160
0
0.05
0.1
0.15
x3
0.2
0.25
5
2. Объект моделирования
Граничные условия третьего рода
qi=h(Ti-Te)
Преобразователь ПТП
qs
ds
qw
Стенка
Зона 1
dw
Зона 2
Граничные условия первого рода T2=Tw
1. Kozlov A. G. “Analytical Modelling of Steady-state Temperature Distribution in Thermal Microsensors Using
Fourier Method. Part 1. Theory,” Sensors Actuators A. Physical, Vol. 101 (2002), pp. 283-298.
6
3. Модель
q1,e  h(T1 y
1  b1
 Te )
y
Зона 1
b1
Зона 2
b2
T1 y
1 0
T2
y2 0
 T2
y 2  b2
 Tw
 k y1 
  01,e    01,2
2    1m  01, e    01, 2 

 ;
T1 

cos

2
b11
b11 m 1
m b1 
 b1 
 2m  1 y2 
1
2
T2  4Tw 
sin 




2
m

1

2
b
2

 b22
m1

 1m  01,2 sin  2m  1
 2m 1 2b 2  2b
2

m1
2

y2 
.

7
3. Модель
q2,e  h(T2
y 2  b2
 Te )
y
Зона 2
b2
T2
 2m  1 y2 
1
2
T2  4Tw 
sin 


2b2

 b22
m1 2m  1

 02,e  
1
2h
b22

 Tw
 1m  02,e  sin  2m  1
 2m 1 2b 2  2b
2

m1
2

m 1

 1
4hTw 
m 1 2m  1

y2 0
 hTe
1

2
m 1 2m  1 / 2b2 
.
y2 
;

8
3. Модель
Преобразователь ПТП
qw
qs
qw   02,e  ;
qs 

 s(T1 y  0  T1 y b )
1
1
b1
qs  qw
100 % .
qw
1
;
9
4. Результаты моделирования
, %
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
Òî ëù è í à ñòåí êè
60 ì ì
180 ì ì
-1
-1.2
0
1
2
3
4
5
d s, ì ì
Рис. 1. Зависимость относительной неопределенности измерения плотности теплового потока от
толщины преобразователя ПТП: Tw=25 0С; Te=10 0С; s=20 Вт/(м·К); w=0,81 Вт/(м·К); h=50
Вт/(м2·К).
10
4. Результаты моделирования
, %
0
-1
-2
-3
-4
Òî ëù èí à ñòåí ê è
60 ì ì
180 ì ì
-5
-6
0
5
10
15
20
25
 s , Âò/(ì Ê )
.
Рис. 2. Зависимость относительной неопределенности измерения плотности теплового потока от
эффективного коэффициента теплопроводности преобразователя ПТП: Tw=25 0С; Te=10 0С;
ds=2,5 мм; w=0,81 Вт/(м·К); h=50 Вт/(м2·К).
11
4. Результаты моделирования
, %
0
-4
-8
-12
Òî ëù èí à ñòåí ê è
60 ì ì
120 ì ì
-16
-20
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
d s, ì ì
Рис. 3. Зависимость относительной неопределенности измерения плотности теплового потока от
толщины преобразователя ПТП: Tw=25 0С; Te=10 0С; s=0,15 Вт/(м·К); w=0,81 Вт/(м·К); h=50 Вт/(м2·К).
12
4. Результаты моделирования
, %
0
-1
-2
Òî ëù èí à ñòåí ê è
60 ì ì
180 ì ì
-3
0
5
10
15
20
25
s, Âò/(ì .Ê )
Рис. 4. Зависимость относительной неопределенности измерения плотности теплового потока от
эффективного коэффициента теплопроводности преобразователя ПТП: Tw=25 0С; Te=10 0С; ds=1 мм;
w=0,81 Вт/(м·К); h=50 Вт/(м2·К).
13
4. Результаты моделирования
, %
0
-5
-10
-15
Ê î ýô ô è öè åí ò òåï ëî ï ðî âî ä í î ñòè
ì àòåðè àëà ñòåí êè
0,81 Âò/(ì Ê )
5,0 Âò/(ì Ê )
-20
-25
0
50
100
150
200
250
300
dw, ì ì
Рис. 5. Зависимость относительной неопределенности измерения плотности теплового потока от
толщины стенки: Tw=25 0С; Te=10 0С; ds=1 мм; s=0,15 Вт/(м·К); h=50 Вт/(м2·К).
14
4. Результаты моделирования

0
Òî ëù èí à ñòåí ê è
60 ì ì
180 ì ì
-5
-10
-15
-20
-25
0
5
10
15
20
25
30
 w, Âò/(ì .Ê)
Рис. 6. Зависимость относительной неопределенности измерения плотности теплового потока от
коэффициента теплопроводности материала стенки: Tw=25 0С; Te=10 0С; ds=1 мм; s=0,15 Вт/(м·К);
h=50 Вт/(м2·К).
15
4. Результаты моделирования

0
Òî ëù èí à ñòåí ê è
60 ì ì
180 ì ì
-2
-4
-6
-8
0
25
50
75
100
125
150
h, Âò/(ì 2 .Ê )
Рис. 7. Зависимость относительной неопределенности измерения плотности теплового потока от
коэффициента конвективного теплообмена на внешней стороне стенки: Tw=25 0С; Te=10 0С; ds=1
мм; s=0,15 Вт/(м·К); w=0,81 Вт/(м·К).
16
Спасибо за внимание