Transient transpiration radiometer : development of a heat flux sensor for high aggressivity environments

Abstract

The development of a new instrument for the measurement of convective and radiative is proposed, based on the transient operation of a transpiration radiometer. Current transpiration radiometers rely on steady state temperature measurements in a porous element crossed by a know gas mass flow. As a consequence of the porous sensing element’s intrinsically high thermal inertia, the instrument’s time constant is in the order of several seconds. The proposed instrument preserves established advantages of transpiration radiometers while incorporating additional features that broaden its applicability range. The most important developments are a significant reduction of the instrument’s response time and the possibility of separating and measuring the convective and radiative components of the heat flux. These objectives are achieved through the analysis of the instrument’s transient response, a pulsed gas flow being used to induce the transient behavior.

Propõe-se o desenvolvimento de um novo instrumento para medição de fluxos de calor convectivos e radiativos, baseado na operação de um radiómetro de transpiração em regime transitório. Os radiómetros de transpiração atuais baseiam-se em medições de temperatura em regime estacionário num elemento poroso atravessado por um caudal mássico gasoso conhecido. Como consequência da inércia térmica intrinsecamente elevada do elemento sensível poroso, a constante de tempo do instrumento é da ordem dos segundos. O instrumento proposto preservará as vantagens estabelecidas dos radiómetros de transpiração incorporando características adicionais que alargarão a gama de aplicabilidade. As novas características mais importantes serão uma redução significativa do tempo de resposta do instrumento e a possibilidade de medir separadamente as componentes radiativa e convectiva do fluxo de calor. Estes objetivos serão conseguidos através da análise da resposta transitória do instrumento, utilizando-se um caudal pulsado de gás para induzir o comportamento transitório.