[发明专利]一种长时间测量驻点热流的球头及方法

权利要求书

1.一种长时间测量驻点热流的方法，其特征在于，其使用的长时间测量驻点热流的球头的结构包括：

防热罩，其具有半球状结构的前端，所述防热罩中设置有测试体和冷却水道，所述冷却水道的进水口和出水口分别连接有冷却进水管和冷却出水管；

所述测试体的前端为球冠状，测试体的后端为圆柱状，且测试体球冠状前端的半径与防热罩半球状结构前端的半径相同；所述述测试体内部设置有测试水水道，所述测试体后端端面设置有测试水进水口、测试水出水口、进水测温孔和出水测温孔，且所述测试水进水口、测试水出水口、进水测温孔和出水测温孔与测试水水道连通，所述测试水进水口、测试水出水口、进水测温孔和出水测温孔在所述测试体同一径向截面位置相互连通；

所述进水测温孔和出水测温孔分别连接有热电偶；所述测试水进水口和测试水出水口内分别连接有测试进水管和测试出水管；

隔热环，其套设在所述测试体的前端；固定筒，其可拆卸连接在所述测试体后端；

所述测试体球冠状的前端表面与防热罩前端半球状结构的表面平滑过渡，无明显台阶；

所述长时间测量驻点热流的方法包括以下步骤：

步骤一、将所述球头置于辐射热流标定系统中进行标定，标定方法如下：将待标定的测热球头和标准热流戈登计共同置于相同的均匀热流密度的辐射热源下，调节不少于5个不同的热流状态，并以此记录不同热流状态下待标的测热球头和标准热流戈登计的热流值，以标准热流戈登计测试值为纵轴，测热球头测试值为横轴，进行线性拟合，拟合直线的斜率即为球头的辐射标定系数η₁，其中，测热球头测试值的计算方法为：

其中，Δm为测试水质量流率，C_p为测试水比热，T_i和T_o分别为测试水的进水温度和出水温度，S为所述测试体球冠外表面面积；

步骤二、将所述球头置于电弧加热流场中进行标定，标定方法如下：将待标定的测热球头和同样半径的塞块量热计球头依次置于同一流场状态的同一测试位置上，调节不少于5个不同的热流状态，并以此记录不同热流状态下待标定的测热球头和塞块热计的热流值，以塞块量热计的热流值为纵轴，测热球头测试值为横轴，进行线性拟合，拟合直线的斜率即为该球头的对流标定系数η₂，其中，测热球头测试值计算方法为：

其中，η₁为辐射标定系数，通过步骤一辐射热流标定获得；

步骤三、将所述球头固定于测试模型上，并置于高温流场中，通过与所述热电偶连接的温度测量装置测得稳定的进出水温度以及水质量流率后就可根据下式计算驻点热流q_s：

其中，η₁为辐射标定系数，通过步骤一辐射热流标定获得，主要校准测试体温度测点位置、测试体与防热罩侧向传热等带来的综合误差；η₂为对流标定系数，通过步骤二对流比对试验获得。

2.如权利要求1所述的长时间测量驻点热流的方法，其特征在于，所述隔热环一端端部为刀口状，且刀口状端部的刀口面与所述测试体球冠状前端内表面接触。

3.如权利要求1所述的长时间测量驻点热流的方法，其特征在于，所述测试体后端圆周设置有外螺纹，所述固定筒设置有内螺纹，所述固定筒与测试体可拆卸连接方式为螺纹连接。

4.如权利要求1所述的长时间测量驻点热流的方法，其特征在于，所述测试进水口、测试出水口、进水测温孔和出水测温孔均为螺纹孔；所述测试进水管和测试出水管分别与测试进水口、测试出水口为螺纹连接；所述热电偶分别与进水测温孔和出水测温孔为螺纹连接。

5.如权利要求1所述的长时间测量驻点热流的方法，其特征在于，所述固定筒后端圆周设置有4个方形缺口。

6.如权利要求1所述的长时间测量驻点热流的方法，其特征在于，所述防热罩设置有安装腔体，所述测试体的前端直径大于后端直径，且测试体位于安装腔体内，所述安装腔体内壁为与测试体前端和隔热环相适配的阶梯型结构。