可压缩流体热线探针校准方法研究

发布时间：2021-11-20 13:04

　　在可压缩流体中利用热线技术进行湍流度测量时,其输出不仅与脉动速度有关,而且也与流体温度、密度紧密相关。因此,需要在与高速可压缩流体特征相似的校准装置中,在使用前对热线探针进行准确校准。本文提出了可压缩流体热线探针校准方法,建立了热线校准（工作）数学模型,并利用自建的热线校准风洞开展了热线校准实验和湍流度测量风洞试验验证,结果表明:热线校准方法可行,校准数学模型合理可靠,热线探针校准精度较高,湍流度测量结果可信,基本可满足高速可压缩流体湍流度测量的工程需要。 

【文章来源】：空气动力学学报. 2019,37(01)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

图１热线校准风洞气动轮廓图Ｆｉｇ．１Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓｃｈｅｍｅｏｆｈｏｔ－ｗｉｒｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｗｉｎｄｔｕｎｎｅｌ

射器喷管马赫数：Ｍａ＝２．０。（１０）探针姿态角调整范围：迎角：－３０°～３０°。（１１）参考长度按Ｌ＝０．０５ｍ计算，雷诺数范围为：６×１０４～２×１０５。图１热线校准风洞气动轮廓图Ｆｉｇ．１Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓｃｈｅｍｅｏｆｈｏｔ－ｗｉｒｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｗｉｎｄｔｕｎｎｅｌ２校准数学模型２．１热线工作原理恒温式热线风速仪（ＣｏｎｓｔａｎｔＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＡｎｅｍｏｍｅｔｅｒ，ＣＴＡ）电路工作原理如图２所示。把热线探针连接在风速仪电路中电桥的一臂，热线探针的电阻记为Ｒｐ，其它三臂的电阻分别为Ｒ１、Ｒ２和Ｒｂ，当电桥保持平衡时，则有：ＲｐＲ２＝Ｒ１Ｒｂ（３）通常，为了有效利用放大器的可用电流，其中Ｒ２常大于Ｒ１，Ｒ２／Ｒ１称为桥路比，其典型值约为１０。可变电阻Ｒｂ为一可调的十进制精密电阻，用来调节热线的工作电阻ＲＷ。在ＣＴＡ中，要求热线探针的电阻温度系数很高，而相反的却要求Ｒ１、Ｒ２和Ｒｂ的电图２热线风速仪电路原理图Ｆｉｇ．２Ｃｉｒｃｕｉｔｐｒｉｎｃｉｐｌｅｄｉａｇｒａｍｏｆｈｏｔ－ｗｉｒｅａｎｅｍｏｍｅｔｅｒ６５空气动力学学报第３７卷

２３ｑ′３３３?????????…???１ｑ′１ｎｑ′２ｎｑ′３ｎｑ′２１ｎｑ′１ｎｑ′２ｎｑ′１ｎｑ′３ｎｑ′２２ｎｑ′２ｎｑ′３ｎ…ｑ′３１ｎｑ′３２ｎｑ′３３ｎ熿燀燄燅（１３）３探针校准实验及结果分析根据建立的热线校准数学模型，基于ＴＳＩＩＦＡ３００恒温式热线风速仪开展了高速可压缩流体热线探针校准实验。图３～图５分别所示为典型的热线探针及其支架。图３单丝热线探针Ｆｉｇ．３Ｓｉｎｇｌｅｈｏｔ－ｗｉｒｅｐｒｏｂｅ图４双丝热线探针Ｆｉｇ．４Ｔｗｉｎｗｉｒｅｈｏｔ－ｗｉｒｅｐｒｏｂｅ图５热线支架Ｆｉｇ．５Ｈｏｔ－ｗｉｒｅｓｕｐｐｏｒｔ为方便研究并确保校准过程中不致使热线探针损坏，我们选取了单丝热线进行校准，总温选取了２９５Ｋ、３００Ｋ、３０５Ｋ三个状态；引射压力范围１５０ｋＰａ～４５０ｋＰａ，每间隔１００ｋＰａ为一校准点；校准马赫数范围为０．３～０．５５，在无引射及总温、引射压力单独变化条件下，每间隔０．１马赫数进行校准。表１给出了编号为５８～５８单丝热线探针３阶校准拟合结果。图６～图９所示为单丝热线输出电压Ｅ与流量密度ρｕ、以及Ｅ－ｕ、Ｅ－ρ、Ｅ－Ｔ０曲线图，从图中可以看出，随着流量密度、流体速度、流体密度的增大，热线桥压输出相应变大，前室总温增大时，热线输出相应减小，热线输出规律合理可信。表１三阶多项式热线拟合公式与系数代号Ｔａｂｌ

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3507381