Материал: Бекнев В.С. Газовая динамика газотурбинных и комбинированных установок учеб. пособие

бует использования надежных методов определения температуры рабочего тела, позволяющих измерять температуру автоматически с непрерывной регистрацией ее как в источнике теплоты, так и в канале ЛіГД-генератора. Все спектроскопические методы опре­ деления температуры основаны на применении законов равновес­ ного излучения. Показателями температуры среды служат спек­ тральные интервалы в области характерных частот излучения ато­ мов и молекул.

В рассматриваемой области температур (2000—3300 К) одним из основных методов измерения температуры является метод обра­ щения спектральных линий (например, линии натрия) и метод, использующий молекулярный спектр. Основу этих методов состав­ ляют: законы Планка и Кирхгофа.

Рис. 210. Схема измерения темпера­ туры по методу обращения спектраль­ ных линии

Методы обращения спектральных линий. Основное применение метода распространяется на прозрачную среду с линейным или полосатым спектром. Температура газа измеряется в момент совпа­ дения яркости свечения газа с яркостью эталонного источника сравнения при регулировании температуры эталона. Эталонный

Недостатком метода является возможная ошибка при измере­ нии температуры эталонного источника сравнения, от которой за­ висит точность определения температуры объекта. Увеличение тем­ пературы измеряемой среды относительно температуры источника приводит к увеличению погрешности измерения. Метод обращения линий обеспечивает приемлемую точность (приблизительно 1% при температуре —3000 К).

При введении в плазму натрия появляются две D-линин с раз­ личными длинами волн. В этом случае сравнение проводится по

380

яркости источника и яркости излучения, прошедшего через газ в этой области спектра (рис. 211). Температура определяется по зависимости

где Т0 •—• температура эталонного источника; 10 — коэффициент излучения эталона; X — длина волны.

Яркость фона регулируют до исчезновения линий натрия и затем оптическим пирометром замеряют температуру фона. Обычно в качестве эталонных ламп (источников сравнения) используют лампы накаливания с вольфрамовой лентой типа СИ-10-300 или

>

Рис. 211. Схема измерения температуры по методу обращения спек­ тральной линии натрия:

СИ-8-200. Лента лампы для получения изображения в плоскости пламени фокусируется в плоскости пламени и в то же время сов­ местное изображение эталона и пламени подается на спектрограф.

Использование в качестве эталонного источника угольной дуги и введение в газ индия расширяет область измерения до 3800 К- Этот метод дает хорошие результаты при измерениях в однородной плазме по длине исследуемого объекта. При присутствии частиц, рассеивающих свет источника сравнения, метод дает значительную ошибку.

В настоящее время исследуются методы измерения темпера­ туры, основанные на регистрации абсолютных интенсивностей спектральных линий.

Зондовые измерения. Для измерения электронной температуры, потенциала плазмы и плотности используют электростатические зонды. На рис. 212, а показан зонд для работы в периферийных областях каналов. Рабочая длина зонда, диаметр которого может быть переменным, составляет около 3 мм. Зонд экранируют воль­ фрамовой трубкой, а иногда закрывают изолятором (рис. 212, б). Если к зонду приложить потенциал по отношению к заземленному

381

проводнику, находящемуся в контакте с плазмой, то через зонд по­ течет ток. Типичная зондовая характеристика, т.е. изменение тока / через зонд в зависимости от потенциала U показано на рис. 213.

Рис. 212. Зонд:

<з — с т а ц и о н а р н ы й л э н г м ю р о в с к п н з о н д ; б — с х е м а в к л ю ч е н и я з о н д а ; / — к е р а м и ч е с к и й

По оси к откладывают напряжение на зонде, а по оси у — ток, идущий на зонд из плазмы. Электронный ток Іе откладывают вверх

382

Для того чтобы снизить время пребывания зондов в плазме и обеспечить незначительный прогрев зонда, применяют привод для ввода и вывода зондов из плазмы (рис. 214). Зонды монтируются на кругу, состоящем из двух изолируемых половин с электриче­ ским соединением по обоим концам оси. От зеркал на оси привода (я 900 об/мин) за время одного оборота подается один или два упра­ вляющих импульса. Подшипники и другие части вблизи плазмы экрани­ рованы и электрически соединены с электродами под плавающим по­ тенциалом.

нератор

Полная схема зондовых измерений представлена на рис. 215. Следует отметить, что использование зондов осложняется наличием холодного пограничного слоя около зонда.

Теория зондов неприменима к плазме высокого давления, но зонды можно использовать для измерения распределения потен­ циалов.

Для предотвращения короткого замыкания направление оси зонда должно совпадать с направлением магнитного поля, и в ка­ нале МГД-генератора ось зонда должна быть расположена перпен­ дикулярно плоскости изоляционной стенки.

При достаточной протяженности неизолированной поверхности зонда потенциал на собирающей поверхности соответствует потен­ циалу точки с максимальной электропроводностью плазмы. Тогда контактная разность потенциалов (зонд—плазма) соответствует величине средней тепловой энергии электронов. Следует заметить, что для МГД-генераторов замкнутого цикла, использующих в ка­ честве рабочего тела инертные газы с легкоионизируемыми добав­

38$