燃烧室出口测温热电偶几何参数的确定

　　1　引言

　　目前,虽然有众多的方法测量燃烧室出口燃气温度,但热电偶以其造价低廉、使用方便和数据录取快捷等特点,在燃烧室出口温度场测量中被广泛采用。然而,由于热电偶接点与周围环境进行导热、对流与辐射换热,热电偶测温存在辐射误差与导热误差(合称为换热误差)[1~5]。换热误差除受到周围环境、电偶材料、电偶型式等因素的影响外,还与电偶的几何参数密切相关。因此,在电偶设计之初,电偶的一些几何参数(诸如接点大小、偶丝粗细以及偶丝的长度等)的选取直接影响到热电偶对燃烧室出口燃气温度测量的准确性。

　　为了确定电偶的几何参数,本文建立和完善了燃烧室出口测温热电偶接点的换热模型以及相应的辐射误差和导热误差的计算方法,分析了电偶几何参数对电偶测温辐射误差和导热误差的影响规律,从而得到了一些对电偶设计具有指导意义的一般原则。

　　本文所讨论的热电偶具有∧型探头,而且由于温度较高,电偶壳体需冷却。

　　2　热电偶测温换热误差的计算模型及计算方法

　　2.1　换热误差的计算模型

　　裸露接点热电偶的换热模型如图1所示,由于工作在燃烧室出口的热电偶处于一个复杂的环境中,不但要接受主燃区高温火焰及燃气的辐射,而且还要向周围冷壁辐射热量。由于电偶耙处于高温环境中,为了确保热电偶的使用寿命,需对电偶耙壳体进行冷却,因而电偶接点还通过偶丝向电偶壳体冷却流体传热。所以电偶的指示值并不代表当地燃气真实温度,以电偶指示值代表燃气温度存在辐射误差和导热误差。

　　基于以上分析,首先假定电偶接点无导热损失,确定电偶测温的辐射误差△Tr,然后分析电偶接点和整个偶丝的换热过程,确定电偶的导热误差。

　　2.2　辐射误差与导热误差的计算方法

　　将热电偶接点、裸露偶丝保护瓷管都看成处于燃烧室出口环境的独立对象。为了确定这些对象和周围环境的辐射换热,作如下简化假设:

　　(1)　燃气为等温的漫灰气体;

　　(2)　位移机构通道内壁与火焰筒壁面温度均匀一致,为Tw;

　　(3)　由于环境壁面面积远大于热电偶接点、裸露偶丝或保护瓷管的表面积,且壁面黑度较大(一般为0.8左右),所以认为环境壁面为黑壁。对象与周围环境之间的净辐射热流可看成为对象与壁面、主燃区高温火焰、燃气的辐射换热之和,即:

　　将对象与周围环境的辐射换热简化为对象与封闭包围对象的等价黑壁之间的辐射换热,则:

　　其中,εo,e　　为对象的等价黑度,Tw,e　　为等价黑壁的壁温。