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随着科学技术的发展,越来越多的工业场景中需要用到温度测量与监控设备来保证生产。作为温度测量设备的一种,高温探测仪器采用非接触式测温方法,能够在狭小空间内复杂环境中完成对高温动态物体的温度测量与监控。在某些应用场景中,高温探测仪器需要在高温高压高速气流冲刷条件下工作,为了确保高温探测仪器在恶劣环境中的正常运转,对高温探测仪器的结构进行分析设计十分必要。本文利用有限元方法对高温探测仪器的结构进行研究,主要研究内容有:(1)通过对高温探测仪器高温工作段进行稳态分析,分析了在某边界条件下材料、镜片安装方式、仪器外层套筒结构、仪器前端冷却空气出口大小和冷却气体压力对仪器热性能和结构变形情况的影响,并确定了仪器优化方案:选用Haynes 230镍基耐高温合金,采用后端伸入式镜片和单层套筒,仪器前端设置直径6mm的圆形冷却气体出口,在1000℃,1.5MPa,300m/s外部高温气流冲刷下选用1.7MPa压力的冷却气体。(2)对高温探测仪器整体进行稳态分析。研究在不同外界环境下,高温探测仪器的热性能和结构变形情况。结果表明:在温度和压力相同的环境中,高温探测仪器外层套筒温度与变形量随着高温流体速度的上升而增加,而内部镜片温度对气流速度变化并不敏感。外部高温气流的吹扫方向会影响仪器探针的形变方向,在侧面和后面外部高温气流吹扫下高温探测仪器外层套筒会出现沿气流吹扫方向的弯曲趋势,在正面高温气流吹扫下仪器外层套筒形变量较少。(3)对高温探测仪器高温工作段进行瞬态分析,研究了15秒高温工作周期内仪器的热性能并进行了高温探测仪器的模态分析。结果表明在第一种冷却模式下仪器外层套筒在15秒周期内温度逐渐上升,内部镜片温度先降后升,而在第二种冷却模式下镜片温度从低到高逐渐上升。模态分析得到仪器在常温下的前六阶特征频率以及振型,同时还发现了仪器的特征频率会随着环境温度的上升而降低。本文使用有限元方法对高温探测仪器进行了稳态和瞬态分析,确定了高温仪器的优化结构并分析了在不同外部环境下高温探测仪器的热性能和结构变形情况,对高温探测仪器的研制具有指导意义。