SU1529057A1

SU1529057A1 - Method of determining thermal resistance

Info

Publication number: SU1529057A1
Application number: SU874273111A
Authority: SU
Inventors: Юрий Петрович Заричняк; Елена Дмитриевна Ушаковская; Игорь Анатольевич Мигитко
Original assignee: Ленинградский Институт Точной Механики И Оптики
Priority date: 1987-05-27
Filing date: 1987-05-27
Publication date: 1989-12-15

Abstract

Изобретение относитс к теплофизическому приборостроению, теплоэнергетике, энергомашиностроению и может быть использовано дл определени тепловых сопротивлений деталей приборов и элементов конструкций с одномерным полем температур и теплоотдачей от боковой поверхности в окружающую среду, различных узлов и соединений. Целью изобретени вл етс повышение точности определени тепловых сопротивлений. Измерени тепловых потоков и температур на каждом торце исследуемого объекта провод тс дважды при различных значени х мощности источника (стока) теплового потока. Тепловые сопротивлени вычисл ютс по формулам, приведенным в тексте описани . 2 ил.The invention relates to thermophysical instrument making, power engineering, power engineering and can be used to determine the thermal resistances of parts of devices and structural elements with a one-dimensional temperature field and heat transfer from the side surface to the environment, various nodes and connections. The aim of the invention is to improve the accuracy of determining thermal resistances. Measurements of heat fluxes and temperatures at each end of the object under study are carried out twice at different values of the source (drain) power of the heat flux. Thermal resistances are calculated using the formulas given in the description text. 2 Il.

Description

1one

(21)4273111/31-10(21) 4273111 / 31-10

(22)27.05.87(22) 05/27/87

(46) 15,12о89о Бюл„ № 46(46) 15,12о89о Bul № 46

(71)Ленинградский институт точной механики и оптики(71) Leningrad Institute of Fine Mechanics and Optics

(72)Ю.П.Заричн к, Е.Д.Ушаковска , и И.А.Мигитко(72) Yu.P.Zarichn to, E.D. Ushakovska, and I.A. Migitko

(53) 536о6(088,8)(53) 536-6 (088.8)

(56) Швец И.Т., Дыбан Е.П. Контактный теплообмен в детал х турбомашины, В кн. Воздушное охлаждение газовых турбиНо Киев; из-во Киевского университета , 1959, с. 351.(56) Shvets I.T., Dyban E.P. Contact heat exchange in parts of a turbomachine, In kN. Air cooling gas turboNo Kiev; from Kiev University, 1959, p. 351.

Шлыков Ю.П, Ганин Е.А,, Царев- ский С.Н. Контактное термическое сопротивление о М,: Энерги , 1977, с. 39-47оShlykov Yu.P, Ganin E.A., Tsarevsky S.N. Contact thermal resistance of M ,: Energy, 1977, p. 39-47

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ.СОПРОТИВЛЕНИЙ(54) METHOD FOR DETERMINING HEAT RESISTANCE

(57) Изобретение относитс к тепло- физическому приборостроению, теплоэнергетике , энергомашиностроению и мо- может быть использовано дл определени тепловых сопротивлений деталей приборов и элементов конструкций с одномерным полем температур и теплоотдачей от боковой поверхности в окружающую среду, различных узлов и соединений . Целью изобретени вл етс повычение точности определени тепловых сопротивлений. Измерени тепловых потоков и температур на каждом торце исследуемого объекта провод тс с дважды при различных значени х мощное ти источника (стока) теплового потока . Тепловые сопротивлени вычисл ютс по формулам, приведенным в тексте описани . 2 ил.(57) The invention relates to thermal physical instrumentation, thermal power engineering, power engineering and can be used to determine the thermal resistances of parts of devices and structural elements with a one-dimensional temperature field and heat transfer from the lateral surface to the environment, various assemblies and connections. The aim of the invention is to increase the accuracy of determining thermal resistances. Measurements of heat fluxes and temperatures at each end of the object under study are carried out with twice at different values of the power of the source (sink) of the heat flux. Thermal resistances are calculated using the formulas given in the description text. 2 Il.

Изобретение относитс к теплофи- зическому приборостроению, теплоэнергетике , энергомашиностроению и может быть использовано дл определени тепловых сопротивлений объектов с одномерным полем температур с теплоотдачей от их боковой поверхности в окружающую среду,The invention relates to a thermophysical instrument making, power system, power plant engineering and can be used to determine the thermal resistance of objects with a one-dimensional temperature field with heat transfer from their side surface to the environment,

Целью изобретени вл етс повышение точности определени тепловых сопротивлений, что в свою очередь, позвол ет более точно рассчитывать температурные пол и тепловые потоки объектов, в которые испытуемый объект входит гогтарной частьюThe aim of the invention is to improve the accuracy of determination of thermal resistances, which in turn allows more accurate calculation of the temperature field and heat fluxes of objects into which the test object enters the gogtar part.

На фиг.1 показано устройство, реализующее способ измерени тепловых сопротивлений; на фиг .2 - схема замещени исследуемого объектаFig. 1 shows a device that implements a method for measuring thermal resistances; FIG. 2 shows a replacement scheme for an object under investigation.

Установка состоит из источника питани 1, нагревател 2, двух термопар 3, двух тепломеров 4, исследуемого объекта 5, измерительного при- . бора 6, переключател 7, основани 8, вл ющегос стоком тепла,The installation consists of a power source 1, a heater 2, two thermocouples 3, two heat meters 4, the object under study 5, a measuring device. boron 6, switch 7, base 8, which is the heat sink,

Сопротивлени , , R, соответствуют тепловым сопротивлени м между торцом тела и окружающей средой, противоположным торцом и окружающей средой, между торцлми тела. Эти со3Resistances, R, correspond to thermal resistances between the end of the body and the environment, the opposite end and the environment, between the ends of the body. These so3

противлени завис т от формы, размеров тела, теплопроводности, контактного сопротивлени элементов, коэффициента теплоотдачи с боковой поверхности .The resistance depends on the shape, body size, thermal conductivity, contact resistance of elements, heat transfer coefficient from the side surface.

Изобретение св зано с особенност ми описани процессов теплообмена в детал х приборов и элементах конструкций , имеющих одномерное темпертурное поле и с теплоотдачей от боковой поверхности. Такие объекты относ тс к классу объектов с распределенными параметрами, тепловой режим которых описываетс обыкновенным дифференциальным уравнением второго пор дка вида:The invention is associated with the peculiarities of the description of heat exchange processes in the details of devices and structural elements having a one-dimensional temperature field and with heat transfer from the side surface. Such objects belong to a class of objects with distributed parameters, the thermal mode of which is described by an ordinary second order differential equation of the form:

/0/ 0

d0d0

А,(х) ,(x) + А,(х)0, (1)A, (x), (x) + A, (x) 0, (1)

где X - координата, вдоль которой измен етс температурное поле; 6 (х) - перегрев тела в точке х относительно температуры окружающей среды; А,(х), А(х), ) - функции, зави- с 1цие от формы области.where X is the coordinate along which the temperature field varies; 6 (x) - overheating of the body at point x relative to the ambient temperature; A, (x), A (x),) are functions that depend on the form of the region.

На основании решени уравнени (1) с учетом граничных условий можно записать уравнени , св зывающие разности температур Qi и Sj между торBased on the solution of equation (1) with regard to the boundary conditions, it is possible to write the equations relating the temperature differences Qi and Sj between the torus

цами и окружаюр1ей средой, а также потоки Р, и Р/1 через них,tsami and environment, as well as flows P, and P / 1 through them,

Тепловые сопротивлени схемы замещени определ ютс из решени системы четырех уравнений, выражающих зависимость тепловых потоков через противоположные торцы объекта от разности температур, мерений:The thermal resistances of the replacement circuit are determined by solving a system of four equations expressing the dependence of the heat fluxes through the opposite ends of the object on the temperature difference, the measurements:

9, , 02 дл двух ИЗR , lei /(р,0 -р (е)9, .2 for two isr, lei / (p, 0-p (e)

R |91 /(0; , ЬР )R | 91 / (0;, L)

R,,, iei /(р, G , -0, р ,)R ,,, iei / (p, G, -0, p,)

(2)(2)

ье , - е;ee, - e;

I&1 9,9,-0,91I & 1 9.9, -0.91

, р PI р;p PI p;

Узлы и соединени различных деталей приборов и элементов конструкций с одномерными темпера урными пол ми и теплоотдачей от боковых поверхностей элементов представл ют, как правило, систему последовательных и параллельных соедииений этих элементов оNodes and connections of various parts of devices and structural elements with one-dimensional temperature fields and heat transfer from the side surfaces of the elements are, as a rule, a system of sequential and parallel connections of these elements

В теории электрических цепей показано , что последовательное и параллельное соединени четырехполюсников представл ет собой также четырехполюсIn the theory of electrical circuits, it is shown that the serial and parallel connection of a four-port network is also a four-pole

00

5five

00

5 five

00

5five

ник, параметры которого вл ютс функци ми соответствующих параметров элементарных четырехполюсников. Такой составной четырехполюсник может быть отображен в виде той или иной схемы замещени . Таким образом, рассмотренный выше способ определени тепловьпс сопротивлений отдельных деталей приборов и элементов конструкций может быть применен дл узлов, представл ющих собой последовательно-параллельное соединение этих узлов.nick, whose parameters are functions of the corresponding parameters of elementary two-port networks. Such a composite two-port network can be mapped as one or another replacement scheme. Thus, the above-considered method for determining the heat resistances of individual parts of devices and structural elements can be applied to nodes representing a series-parallel connection of these nodes.

Создаваемый тепловой поток через один из торцов приводит к изменению температуры испытуемого объекта, что в свою очередь приводит к изменению теплопроводности X материала и коэффициента теплоотдачи uL от боковой поверхности . Изменение указанных параметров может привести к погрешности в определении тепловых сопротивлений Rj, R и R, , которые завис т от и tL,The generated heat flux through one of the ends leads to a change in the temperature of the test object, which in turn leads to a change in the thermal conductivity X of the material and the heat transfer coefficient uL from the side surface. A change in these parameters can lead to errors in determining the thermal resistances Rj, R and R, which depend on and tL,

Поэтому необходимым условием дл обеспечени требуемой точности определени тепловых сопротивлений вл етс ограничение температуры испытуемого объекта в эксперименте.Therefore, a necessary condition for ensuring the required accuracy of determining thermal resistances is the temperature limit of the test object in the experiment.

Пусть 6 - допустима относительна погрешность определени тепловых сопротивлений о Изменение R; (,2, 12) сопротивлени за счет изменени температуры Т объекта равноLet 6 be a relative error of determination of thermal resistances about Change of R; (, 2, 12) resistance due to a change in temperature T of the object is equal to

RR

в;,т in;, t

ат at

(3)(3)

9Ri9Ri

где К производна 1-го сопротивлени по температуре;where K is the derivative of the 1st resistance with respect to temperature;

T - изменение температуры Т объекта относительно номинального значени , I которое имеет объект в услови х эксплуатации, т.е„T is the change in the temperature T of the object relative to the nominal value, I which the object has in operation, i.e.

лт Т - т„,„Lt T - t „,„

Относительна погрешность определени сопротивлени равнаThe relative error in determining the resistance is

Эк; R. т (А) Ek; R. t (A)

Относительна погрешность дл всех трех сопротивлений не должна превышать допустимой величины , т.е.The relative error for all three resistances should not exceed the permissible value, i.e.

,,

ТтTm

Т т - нT t - n

(5)(five)

ТT

комcom

t минt min

f R . ном 1 2 jf R. nome 1 2 j

Допустимое значение погрешности 6 выбираетс с учетом погрешности измерени температур и тепловых потоковThe permissible error value 6 is selected taking into account the measurement error of temperatures and heat fluxes.

jRi jRi

Производные тг;;; могут быть определены аналитически дл тел простой формы (цилиндрор, дисков и дрО либо экспериментально , В последнем случае измерени тепловых потоков и температур производ т дл трех значений мощности теплового потока;, ТепловьЕе сопротивлени рассчитывают по формуле (2) дл первых значений мощности и дл последних двух. Если рассчитанные тепловые сопротивлени отличаютс незначительно, то условие (5) выполн етс о В противном случае необходимо уменьшить мощность и эксперимент повторить оDerivatives tg ;;; can be determined analytically for simple bodies (cylinder, disks, and others) or experimentally. In the latter case, heat fluxes and temperatures are measured for three values of heat flux power ;, Thermal resistance is calculated using formula (2) for the first power values and for the last If the calculated thermal resistances differ slightly, then condition (5) is satisfied. Otherwise, it is necessary to reduce the power and repeat the experiment.

Способ использовалс дл определени тепловых сопротивлений элементов сложной формы конструкций различных оптических приборов, в частности кронштейна телевизионной узкоугольной камеры Вега. 1 сследуемый кронштейн имеет сложную форму и рассчитать его сопротивление с: учетом боковой те.пло- отдачи не представл лось возможным.The method was used to determine the thermal resistances of the elements of a complex shape of the designs of various optical devices, in particular the bracket of the Vega television narrow-angle camera. 1, the inspected arm has a complex shape and it is not possible to calculate its resistance with: taking into account the lateral heat recovery.

Установка (без измерительной аппаратуры ) помещалась в тепловакуумную камеруоThe installation (without measuring equipment) was placed in a heat vacuum chamber

В камере имитироралипл услови (температура, давление и чернота) космического пространства. Сигналы от термопар и тепломеров через разъем камеры поступали на измерительные при борЫо Измерени проводились при двух значени х мощности нагревател 1,Я и 3,4 Вт. При каждом значении мощности измерени тепловых потоков и температур проводились по достижении ста- ционарного состо ниЯо Далее по форThe space (temperature, pressure and blackness) of outer space is simulated in the camera. The signals from thermocouples and heat meters through the camera connector were received at the measuring devices during boron measurements. The measurements were carried out at two power values of heater 1, I and 3.4 watts. At each power value, the measurements of heat fluxes and temperatures were carried out upon reaching the stationary state

..

тывались сопротивлени схемы замещени кронипейпа Полученные сопротивлени использо)1,1лись при расчете температурных и тепл(изых потоков телекамеры .The resistances of the kronipipe replacement circuit were obtained. The obtained resistances were used to calculate the temperature and heat (from the camera flows.

Дл этого ) е кронштейна определ лись тепловгле сопротивлени по способу-прототипу U: изол цией Скоковой поверхности), Лналнч показал, что такое определение тпть юрых сопротивлений приводит к П(11 1)ешности определе10For this purpose, the bracket was determined by the heat resistance of the prototype method U: Insulation of the Skokova surface), Lnalnch showed that such a determination of the resistance leads to a P (11 1) accuracy of 10

1515

05760576

ни температур элементов оптической системы в 34% и тепловых потоков более чем в 130%, что вл етс недо- пустимым дл оптических приборов.The temperatures of the elements of the optical system are 34% and the heat fluxes are more than 130%, which is inadmissible for optical devices.

Способ позвол ет уменьшить погрешность определени тепловых сопротивлений до ;у 10% (эта величина определ етс погрешностью измерени температур и тепловых потоков), благодар чему по вилась возожность снизить погрешность расчета температурных полей , обусловленную погрешностью определени тепловых сопротивлений до пренебрежимо малой величины (менее 2%).The method reduces the error in determining thermal resistances to; 10% (this value is determined by the error in measuring temperatures and heat fluxes), thereby creating an opportunity to reduce the error in calculating temperature fields due to the error in determining thermal resistances to a negligible value (less than 2% ).

00

5five

Claims

Invention Formula

The method of determining the thermal resistances of objects in the stationary mode, which consists in the following: heat flow through one of the end surfaces of the test object measures heat flows through two opposite surfaces of the object and temperature differences between these surfaces and the ambient temperature, differing from that, in order to increase the accuracy by taking into account the dependence of the heat exchange conditions and the thermophysical properties of the object on the temperature, the measurements are carried out twice; th heat flux at which the temperature T of the test obekpa in each dimension satisfies uslovikz

((T „„,) min -

with D .J.

9x

).

40

50

where 1

yom

5 but "l

Si

ET

nominal temperature of the object under operating conditions;

the relative error of determining thermal resistance is admissible; nominal values of thermal resistance, 2,12;

thermal resistance derivatives by temperature; thermal resistances are calculated from

formulas

R, 191 / (P, d0 -pluG); R 191 / (fiPe, - bP b9,); R, | 9i / (P, e-P, 0,);

lei .0; 9,;

&AT .; uS 0; -9; ;

R, ;

thermal resistances between the end surfaces and the environment;

heat fluxes and temperature differences relative to ambient

environments and end surfaces of the object; “Pi. GO R second enami

power flow;

- thermal resistance of an object between opposite surfaces.