[发明专利]测量超音速火焰喷涂射流温度的装置和方法

权利要求书

1.一种测量超音速火焰喷涂射流温度的装置，其特征在于：包括超音速火焰喷枪(1)、径向调节架(2)、轴向调节架(3)、热电偶(4)、固定板(6)和滑块(7)，超音速火焰喷枪(1)固定装在固定板(6)上，超音速火焰喷枪(1)的枪口根部的两侧的固定板(6)上均装有径向调节架(2)，两侧的径向调节架(2)上均安装有轴向调节架(3)和滑块(7)，轴向调节架(3)一端部连接径向调节架(2)上，轴向调节架(3)另一端部上装有滑块(7)，滑块(7)上插装热电偶(4)；

所述的径向调节架(2)上开有沿垂直于超音速火焰喷枪(1)的射流出射方向的条形槽，轴向调节架(3)端部嵌装于径向调节架(2)的条形槽中并沿条形槽可调整位置地固定，轴向调节架(3)上开有沿平行于超音速火焰喷枪(1)的射流出射方向的条形槽，滑块(7)嵌装于轴向调节架(3)的条形槽中并沿条形槽可调整位置地固定，滑块(7)上插装的热电偶(4)沿垂直于超音速火焰喷枪(1)的射流出射方向布置；

其中一侧的轴向调节架(3)的滑块(7)上插装有第一根热电偶(4)，另一侧的轴向调节架(3)的滑块(7)上插装有第二根和第三根热电偶(4)，共计三根热电偶(4)，三根热电偶(4)分别和超音速火焰喷枪(1)的射流中心轴线(11)之间的距离均不同。

2.根据权利要求1所述的一种测量超音速火焰喷涂射流温度的装置，其特征在于：还包括多路巡检仪(8)和上位机(9)，热电偶(4)经多路巡检仪(8)和上位机(9)连接。

3.应用于权利要求1所述装置的一种测量超音速火焰喷涂射流温度的方法，其特征在于：以热电偶的末端作为测温点，使得测温点位于火焰射流形成的边界层内，并测量获得测温点和射流中心轴线(11)之间的垂直距离以及测温点和枪口之间的距离；将多根热电偶采集到的多次温度数据结合距离数据进行处理计算得到测温点所在焰流截面的边界层厚度，再通过亚音速段所在的剖面温度分布模型计算得到亚音速段的火焰射流温度场任意一点的温度值；

方法具体步骤为：

1)以热电偶的末端作为测温点，通过两根热电偶测量获得温度值采用以下公式计算获得边界层(10)厚度：

其中，r_b为测温点所在截面的边界层厚度，T₁、T₂分别表示两个热电偶测得的温度值，r₁和r₂分别表示两个测温点和射流中心轴线(11)之间的垂直距离，T_e是环境温度；

2)在垂直于射流中心轴线(11)的两个平面处采用步骤1)方式获得边界层(10)厚度，再计算获得系数K，从而用以下公式计算任意测温点处对应的边界层(10)厚度r_b：

r_b＝r₀+KL

其中，K为边界层轮廓线扩散系数，r₀表示超音速火焰喷枪的枪口半径，L表示热电偶的末端沿射流中心轴线(11)到枪口的轴向距离；

3)再采用以下公式表示的亚音速段的剖面温度分布模型计算获得：

其中，T_e是环境温度，T是测温点的测温值，r为测温点距射流轴中心线的距离，T_m是测温点所在截面和射流轴中心线交点处的温度值，r_b为测温点所在截面的边界层厚度。

4.根据权利要求3所述的一种测量超音速火焰喷涂射流温度的方法，其特征在于：所述步骤1)中的两根热电偶的末端布置在垂直于射流中心轴线(11)的同一平面上，并且两根热电偶的末端到射流中心轴线(11)的垂直距离不同。