熱線(xiàn)風(fēng)速儀測(cè)量原理簡(jiǎn)介

1、(1)熱線(xiàn)風(fēng)速儀測(cè)量原理簡(jiǎn)介李敏毅 甘妙昌 馬思龍廣東省計(jì)量科學(xué)研究所廣州5104052“(1)2“(1)熱線(xiàn)風(fēng)速儀流速測(cè)量摘要本文簡(jiǎn)單地闡述了熱線(xiàn)風(fēng)速儀的工作原理，并介紹了其自校準(zhǔn)和修正的一些方法。 關(guān)鍵詞 0引言為了進(jìn)一步對(duì)換熱器換熱效果進(jìn)行更深層次的研究，人們對(duì)換熱器換熱表面的氣體或液體的流 場(chǎng)越來(lái)越重視，因?yàn)榱鲌?chǎng)對(duì)換熱器總的換熱系數(shù)有極其霾要的影響，現(xiàn)在場(chǎng)協(xié)同原理也已經(jīng)應(yīng)用到 對(duì)流換熱的研究中，并逐漸成為一個(gè)新的研究方向，而在進(jìn)行對(duì)流換熱場(chǎng)協(xié)同研究的同時(shí)，更需要 對(duì)流體在換熱表面附近的流場(chǎng)分布，只有在準(zhǔn)確的測(cè)量流體流場(chǎng)的基礎(chǔ)之上，才可能通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)準(zhǔn) 確的驗(yàn)證流場(chǎng)與對(duì)流換熱之間的關(guān)系.到

2、目前為止，人們根據(jù)光學(xué)、力學(xué)以及熱力學(xué)等領(lǐng)域的研究 成果開(kāi)發(fā)了很多測(cè)量流體流場(chǎng)的測(cè)豎儀器，比如有早期的比托管和風(fēng)速計(jì)，后來(lái)的熱線(xiàn)熱膜風(fēng)速儀 (HWA),以及近期出現(xiàn)的激光流速計(jì)(LDV)等等.比托管的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便用方便，堅(jiān)實(shí)可靠，價(jià)格低 廉，但是其測(cè)速的范圍比較窄，一般用來(lái)測(cè)量旺盛湍流的平均流速，所以測(cè)量的速度一般比較高， 而且其僅能測(cè)二維流場(chǎng)，不能敏感反向流動(dòng)，不能測(cè)量湍流流動(dòng)的流場(chǎng)分布熱線(xiàn)風(fēng)速儀能夠?qū)?現(xiàn)連續(xù)測(cè)量，信噪比好，而且能夠分離和測(cè)At三維流場(chǎng)，測(cè)量的范圍比較大，而且能夠非常準(zhǔn)確地 測(cè)量微風(fēng)速，其靈敏度非常高鑒于熱線(xiàn)鳳速儀的這些優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在被廣泛地應(yīng)用與各種領(lǐng)域，比如 測(cè)量模擬風(fēng)澗的

3、速度場(chǎng)，換熱管肋片周?chē)乃俣葓?chǎng)，內(nèi)燃機(jī)的流動(dòng)特性等1熱線(xiàn)風(fēng)速儀的基本工作廩理1.1基本原理此，恒溫風(fēng)速計(jì)的出現(xiàn)成為熱線(xiàn)技術(shù)進(jìn)熱線(xiàn)測(cè)速技術(shù)是一種非常畫(huà)要的測(cè)童流體速度與方向的技術(shù)，已經(jīng)有近一百年的歷史，它為流 體速度的測(cè)量作出了巨大的貢獻(xiàn)，并且在20世紀(jì)60年代以后幾乎壟斯了湍流脈動(dòng)測(cè)速領(lǐng)域.按照 熱線(xiàn)熱平衡原理可以將熱線(xiàn)分為恒流風(fēng)速計(jì)和恒溫風(fēng)速計(jì).由于恒溫風(fēng)速計(jì)熱滯后效應(yīng)很小，頻率 響應(yīng)很寬，反應(yīng)快速，而恒流風(fēng)速計(jì)則不具備上述特點(diǎn)， 一步發(fā)展的重婆標(biāo)志.熱銭風(fēng)速儀器測(cè)量速度的基本廉理迪熱平衡樂(lè)理，利用放置在流場(chǎng)中的具有 加熱電流的細(xì)金厲絲來(lái)測(cè)童流場(chǎng)中的流速，風(fēng)速的變化會(huì)便金H絲的沮度產(chǎn)生變化，

4、從而產(chǎn)生電信 號(hào)而獲得風(fēng)速。根據(jù)熱平衡原理，當(dāng)熱線(xiàn)置于介質(zhì)(流場(chǎng))中并通以電流時(shí).熱線(xiàn)中產(chǎn)生的熱應(yīng)與之耗散的熱 量相等.換言之，在熱線(xiàn)沒(méi)育其他形式的熱交換條件下，加熱電流在熱線(xiàn)中產(chǎn)生的熱應(yīng)等于熱線(xiàn) 與周?chē)橘|(zhì)的熱交換.根據(jù)King公式，我們可以近似的得到換熱義面的努謝爾數(shù)與諾數(shù)之何的關(guān) 系，也就是說(shuō)，只要知道換熱系數(shù)，就可以得到通過(guò)熱線(xiàn)處流速的大小和方向.King公式可以表示為：Nw = & + BRe”其中，Nu努謝爾數(shù)Re = 雷諾數(shù)Va 對(duì)流換熱系數(shù)，W/(Kn?)L定性尺寸，mA.B為常數(shù)，根據(jù)不同的熱線(xiàn)而定由熱平衡原理，在不考慮熱輻射的前提下，熱線(xiàn)的熱耗散應(yīng)該等于電流流過(guò)熱線(xiàn)所產(chǎn)生的

5、熱量。熱耗散可用下式得出：2“(1)2“(1)其中，a一線(xiàn)的對(duì)流換熱系數(shù)，W/(K s =UV式中 *9分別為三維坐標(biāo)中三個(gè)方向的紊流強(qiáng)度U.V.W分別為三個(gè)方向流速脈動(dòng)值的平均值m/s 別為三個(gè)方向流速的瞬時(shí)值，m/s根據(jù)熱平衡原理R 二心 a + B)w afRfllBUn(11)而込焙詩(shī)dU(12)嚴(yán)人EnBK(Ryt.-R/yUn(13)其中.U任何一個(gè)方向上的流速平均指.m/s48(9)48(9)n常數(shù)我們可以看到，只要能測(cè)得流場(chǎng)中的某點(diǎn)的瞬時(shí)流速就可以得到該流場(chǎng)的紊流參數(shù).2.2雷諾數(shù)的測(cè)量很多情況下要求得出流體的雷諾數(shù)，因?yàn)橐话愕膶?duì)流換熱都直接與雷諾數(shù)有關(guān)，對(duì)于紊流的雷諾數(shù)，一般

6、可以表示為48心=一砂(14)式中，uyv紊流中某點(diǎn)兩個(gè)不同方向的流速，m/s如果利用X型探頭來(lái)測(cè)量流場(chǎng)的參數(shù)時(shí)，可以分析得到(15)_EsEd4a而,Ed oc 4a2uv因此，利用熱線(xiàn)風(fēng)速儀可以比較準(zhǔn)確地測(cè)量紊流的雷諾數(shù)。3熱線(xiàn)風(fēng)速儀的自校準(zhǔn)與修正 3.1熱線(xiàn)風(fēng)速儀的自校準(zhǔn)利用熱線(xiàn)風(fēng)速儀可以非常準(zhǔn)確地測(cè)量流速，特別是對(duì)于微風(fēng)速的情況，可以很準(zhǔn)確地測(cè)量出其 流速，這些都是比托管等其它的測(cè)量流速的儀器所不能達(dá)到的。這就要求熱線(xiàn)的靈敏度要高，空間 分辨率要大，同時(shí)要能夠承受一定的沖擊負(fù)荷，只有這樣，熱線(xiàn)風(fēng)速儀才可以很靈敏地測(cè)量出微風(fēng) 速，而且不會(huì)對(duì)流場(chǎng)有很大的形響.由于熱線(xiàn)鳳速儀一般都比較昂貴，

7、要求的精度也比較高，所以 應(yīng)用起來(lái)受到一定的限止，為了保證其靈敏度和椎確度，有必要在使用前對(duì)熱線(xiàn)風(fēng)速儀進(jìn)行自校準(zhǔn) （標(biāo)定測(cè)非純凈氣體時(shí)，一般剛焊接好的熱線(xiàn)探頭較清潔，而在排氣管流場(chǎng)測(cè)量中的熱線(xiàn)探頭將受到 混在排氣中潤(rùn)滑油和水蒸氣的污染為了使標(biāo)定前熱線(xiàn)探頭的工作特性盡董和實(shí)測(cè)狀態(tài)的工作特性 一致，將焊接好的熱線(xiàn)探頭于實(shí)測(cè)的排氣流場(chǎng)中，經(jīng)試驗(yàn)約4小時(shí)之后，熱線(xiàn)探頭的特性可基本 穩(wěn)定，經(jīng)以上預(yù)處理之后再進(jìn)行標(biāo)定可提高熱線(xiàn)風(fēng)速儀的準(zhǔn)確度.熱線(xiàn)風(fēng)速儀的自校準(zhǔn)也暹根據(jù)king公式的原理：(16)E1 = A +1利用標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)速裝覽等測(cè)速設(shè)備求出3種穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí)的E （& E,. EP和、w2然后根據(jù)

8、式（17）求出刃值(17)3.2熱線(xiàn)風(fēng)速儀使用注意事項(xiàng)在標(biāo)定完后使用時(shí)，要注意以下問(wèn)題:a）線(xiàn)傾角的修正；b）固體壁面影響及其修正C）流體溫度變化影響;d）污染影響。如果熱線(xiàn)風(fēng)速儀受到污染，一定要清洗完才可繼續(xù)使用，一般清洗的方法有超聲波酒精、化 學(xué).加熱等。4.結(jié)束語(yǔ)熱線(xiàn)風(fēng)速儀是一種先進(jìn)的專(zhuān)門(mén)用于流速測(cè)量的新儀器，我們可以利用它比較精確地測(cè)量和研究 復(fù)雜的流動(dòng)，使得研究由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的速度信號(hào)（包括一維.二維.三維）成為可能，也方便進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。Q0熱線(xiàn)風(fēng)速儀測(cè)量原理簡(jiǎn)介作者：田WAHFANCDATA瓷輩卷提李敏毅，甘妙昌，馬思龍作者單位：廣東省計(jì)量科學(xué)研究所(廣州)1. 于寧.狄洪發(fā).趙榮義 熱線(xiàn)風(fēng)速儀在動(dòng)態(tài)熱舒適性研究中的應(yīng)用及測(cè)量的影響因素會(huì)議論文-20082. 周春平.梁彬熱線(xiàn)風(fēng)速儀測(cè)試系統(tǒng)完善及應(yīng)用期刊論文-大電機(jī)技術(shù)2002(3)3. 陸青松.王元熱線(xiàn)風(fēng)速儀制作的初步研究會(huì)議論文-20024. 魏中磊.魏慶鼎.王凱建.徐誠(chéng)熱線(xiàn)風(fēng)速儀及其探針的發(fā)以及湍流實(shí)驗(yàn)研究上的貢獻(xiàn)會(huì)議論文-20015. 於娟.顧伯勤.陳曄現(xiàn)代流動(dòng)測(cè)量與分析技術(shù)會(huì)議論文-20066. 張萬(wàn)路 熱線(xiàn)風(fēng)速儀在線(xiàn)測(cè)量的修正模型期刊論文-計(jì)量技術(shù)2004(5)7. 吳衛(wèi)星論環(huán)境基本國(guó)