热工测试(河南农业大学).pptVIP

上述方程经变换之后，得： 因此，只要固定I和tw两个参数的任何一个，就可获得流体速度与另一参数的单值函数关系。令I为常数的测速方法为等电流法，令tw为常数的测速方法为等温法。由于热线电阻是热线温度的单值函数，所以等温法亦称等电阻法。无论哪种方法都需要对流体温度tf值进行修正。 实际测量中，测量的不是热线的电流I，也不是热线温度tw（或电阻R），而是电桥电压V。V与流体速度的关系由实验确定，这就是热线探头的校准曲线，V0是流速为0时，热线电桥桥顶的电压值，θ为流体流速与热线垂直轴的夹角。 二、工作原理和测速的数学表达式 当人为地用恒定电流对热丝加热时，由于流体对热线有冷却作用，而流体冷却能力随流速的增大而加强，因此，可根据热线温度的高低（即热丝电阻值的大小）来测量流体的速度，这即是等电流法测量流体流速的原理。 在某恒定电流下，流体流速和热线电阻的关系，可事先在校准风洞上标定出来。 * * * * 如果保持热线的温度一定（即电阻一定），则可以建立热线电流和流体 速度的关系，这就是等温法的原理。 热线与流动方向正交时，流体对热线的冷却能力最大，随着二者交角不 断减小，流体对热线的冷却能力将不断减小。 热丝的简化模型如图19，金属丝由电流加热，它 的温度高于周围介质温度，由于热线的长径比 较大，故可忽略热线对支杆的导热损失，又由于 热丝加热温度与介质温度相差不大，故可忽略 热辐射损失， 图19 热线传感器模型 * * * * 上述公式整理后得： 式中， （e） 式（e）是热线对流换热的基本方程式，在这个方程中热线的电阻与温度呈单值函数关系，即： * * 其中，R0是热线在温度t0时的电阻；β是热线的电阻温度系数。 将式（f）代入式（e）得： （f） 或 式中， 可以看成是流体温度和热线标定温度t0不同时的修正 量，当tf=t0时，修正量为0，这时流体速度只是电流和热线温度的函数，即： 图20 典型热线探头校准曲线 （ θ =0°） 方向测量方法 对向测量：使探针绕其本身的轴转动，当两测孔所指示 的压力相等时，两孔的对称中心就与流动方 向一致。这时相对于一定的参 考方向（初 始位置）就可以决定流动方向角。 不对向测量：将两孔的对称轴固定在某一参考方向，测量 两孔的压力差，根据校正曲线（两孔压差与 流动方向的关系）确定流体流向。 * * 图4-8中： c—速度；x、y、z—参考轴； δ--速度的空间流向角，即速度c 与平面xy的夹角； x -- 探针两侧孔的几何对称轴； x0 -- 探针的空气动力轴线，即在没有速度梯度的平 面流场中，能使两孔压力相等时的轴线； ε—误差角，即，在xy平面内，当有速度梯度时，空气动力轴线与真实流体方向之间的夹角。 图4-8 方向探针中的参数 -- 速度的平面流向角，即速度c 在xy平面内的投 影与x轴的夹角； -- 校正角，即探针的几何轴线x与空气动力轴线 之间的夹角； * * 灵敏性：探针空气动力轴线与流动方向偏离单位角度时，在探 针两侧孔之间产生的压差的大小，可用下式表示： * * 二、二维流场中流向的测量 对向测量 在平面流场对向测量中，常用的 方向探针有L形、U形及圆柱三孔式 探针。其中L形和U形探针是用两根 不锈钢针管弯成L形或U形制成的。 图4-9 L形和U形方向探针 * * 圆柱形三孔式探针 中孔测总压，两个侧孔用来测流 动方向。 广泛用于流体机械进出口处对流 体速度大小和方向的测量。 用于对向测量时，通常是把两个 侧孔接到一个U形管压力计上，以测 两侧孔的压差；探针中孔和其中一个 侧孔接第二个压力计，以测中孔和侧 孔的压差；第三个压力计与中孔连接 ，以测中孔压力和大气压之差。 图4-10 圆柱形三孔式探针 * * 当探针绕其本身轴转动，使得两侧孔压力相等时，探针中孔就对准了流向，这时，探针各孔所测的压力可以表示为： 中孔2的压力为： 图11 流体对圆柱体绕流 其中K0是探针中孔的校正系数。 侧孔压力为： 其中K1是探针一个侧孔的校正系数。 * * 中孔与侧孔压力差为 将 代入 流体速度大小为 * * K0 、K1 由实验确定，表征探针的总压和速度特性，实际中选用探针时，一般选用K0 =1，此时，中孔所测压力p2就是总压p0. * * 不对向测量 基本原理 在圆柱三孔式探针中，流动方向、总压、静压和