傳熱發(fā)生變化

內(nèi)容可視化Flowvisualization數(shù)據(jù)采集DAQ速度熱線，PIV，LDV壓強(qiáng)平均壓強(qiáng)，脈動(dòng)壓強(qiáng)部分內(nèi)容下載自Dantec,NationalinstrumentValidyne,Omega,Panasonic網(wǎng)站流場(chǎng)可視化

Flowvisualization“Seeingisbelieving”“沒(méi)有照片，沒(méi)有真相”流場(chǎng)可視化

Flowvisualization空氣實(shí)驗(yàn)發(fā)煙線smokewire干冰dryice人造霧(油滴，液滴，舞臺(tái)霧發(fā)生器)水動(dòng)力實(shí)驗(yàn)染料dyeinjection氫氣泡Hydrogenbubble激光引發(fā)熒光Laserinducedfluorescent數(shù)據(jù)采集各種信號(hào)通過(guò)計(jì)算機(jī)記錄下來(lái)的系統(tǒng)把模擬信號(hào)(-5V到+5V或者其他范圍)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),Analog-Digital(AD)，反過(guò)來(lái)稱DANationalInstrument采集過(guò)程

傳感器-信號(hào)處理-模擬數(shù)字AD轉(zhuǎn)換-記錄傳感器輸出的信號(hào)量級(jí)應(yīng)力應(yīng)變片:微伏熱電偶:毫伏熱線風(fēng)速儀:伏信號(hào)到DAQ前預(yù)處理放大gain，移動(dòng)offset模數(shù)轉(zhuǎn)換AD使用轉(zhuǎn)換卡DataAcquisitionCard(DAQ)又稱digitizer通過(guò)軟件記錄數(shù)據(jù)一般通過(guò)軟件Labview編程數(shù)據(jù)采集卡DAQCard采集卡適用方法,PCI,PCMCIA,USB等通道數(shù),16AD,2DA位數(shù):12,14,16bits,決定精度,10V/212采樣速度:10MHz-1GHz輸入范圍，+-5V等價(jià)格，1500-15000RMB與DAQ卡通信方法:熱線風(fēng)速儀

Hot-WireAnemometry測(cè)量流場(chǎng)的平均和脈動(dòng)速度修改過(guò)的電路可以測(cè)量平均和脈動(dòng)溫度細(xì)小的金屬絲(一般為鎢絲或者白金絲)處于來(lái)流速度U的流場(chǎng)中.當(dāng)電流通過(guò)金屬絲,會(huì)生成熱(I2Rw).當(dāng)進(jìn)入平衡狀態(tài)，這些熱被對(duì)流換熱帶走熱線工作原理

Principlesofoperation恒溫測(cè)量系統(tǒng)

ConstantTemperatureAnemometerCTA原理:

傳感器的電阻被放大器維持恒定優(yōu)點(diǎn)(對(duì)比恒流測(cè)量系統(tǒng)): - 簡(jiǎn)單易用 - 高頻率響應(yīng) - 低噪 - 被廣泛接收缺點(diǎn): - 價(jià)格高于恒流系統(tǒng)控制方程GoverningequationIGoverningEquation:

E=金屬絲熱能thermalenergystoredinwire

E=CwmT

Cw

=金屬絲比熱heatcapacityofwirem=金屬絲質(zhì)量massofwire

W=發(fā)熱量powergeneratedbyJouleheating

W=I2Rw

而Rw=Rw(Tw)

H=換熱量heattransferredtosurroundings

Heat

transferredtosurroundings (對(duì)流convectiontofluid +傳到conductiontosupports +輻射radiationtosurroundings)對(duì)流Convection Qc=Nu·A·(Tw-Ta)

Nu=h·d/kf=f(Re,Pr,M,Gr

), Re=

U/

傳導(dǎo)Conduction f(Tw

,lw

,kw,Tsupports)輻射Radiation f(Tw4-Tf4)控制方程GoverningequationII簡(jiǎn)化分析Simplifiedanalysis穩(wěn)態(tài)傳熱:

W = HI2Rw=hA(Tw–Ta)I2Rw=Nu

kf

/dA(Tw–Ta)

h = 對(duì)流換熱系數(shù)filmcoefficientofheattransfer A = 對(duì)流換熱面積heattransferarea

d = 金屬絲直徑wirediameter

kf = 流體的導(dǎo)熱系數(shù)heatconductivityoffluid

Nu

= 紐希爾特?cái)?shù)dimensionlessheattransfercoefficient強(qiáng)制對(duì)流的條件下Forcedconvectionregime,

Nu=A1+B1·Ren=A2+B2·Un

I2Rw2=E2=(Tw-Ta)(A+B·Un) “King’slaw”電壓的變化是流場(chǎng)速度的函數(shù)電壓的變化是流場(chǎng)速度的函數(shù)例子，當(dāng)King’slawcoeff.A=1.51,B=0.811,n=0.43)

Outputvoltageasfct.ofvelocity流速電壓輸出探頭分類熱線探頭盡可能先選用熱線價(jià)廉，響應(yīng)快，可以維修熱膜探頭當(dāng)測(cè)量水流速或者測(cè)量環(huán)境較臟的時(shí)候，選用熱膜代替熱線響應(yīng)速度較慢，不能修復(fù)絕緣，不受化學(xué)、機(jī)械干擾熱線熱膜對(duì)探頭的要求為了達(dá)到較高的頻率響應(yīng)，總體來(lái)說(shuō)，金屬絲的熱容量(heatcapacity)應(yīng)該越小越好.其他要點(diǎn):

越小越好(測(cè)量的空間解析力<探頭大小)

長(zhǎng)徑比(l/d)應(yīng)該大約100，兩端的影響才可以忽略不計(jì)

金屬絲應(yīng)該耐高溫，這樣可以在高溫度下運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，降低噪音影響

同樣溫度變化，金屬絲電阻變化越大越好，這樣也可以減低噪音熱線的標(biāo)定標(biāo)定-找到流場(chǎng)速度和傳感器輸出的一個(gè)函數(shù)關(guān)系

U=f(E)空氣熱膜標(biāo)定

熱膜在水中的標(biāo)定

- 如圖所示，用一個(gè)容器形成射流，估算流速 - 把探頭放到滑車上在水里拖動(dòng)水

典型的標(biāo)定曲線熱線標(biāo)定曲線

回歸曲線Curvefit(velocityUasfunctionofoutputvoltageE): U=C0+C1E+C2E2+C3E3+C4E4

速度輸出電壓應(yīng)對(duì)方法:探頭被污染熱線容易被以下物質(zhì)污染灰塵dustparticles油滴oilvapours

化學(xué)物質(zhì)chemicals導(dǎo)致敏感度下降，標(biāo)定曲線便宜熱線響應(yīng)速度下降解決辦法Cure清理熱線 Cleanthesensor重新標(biāo)定 Recalibrate

應(yīng)對(duì)方法:環(huán)境溫度發(fā)生變化環(huán)境溫度變化的影響

傳熱大小正比于探頭和環(huán)境的溫差E2=(Tw-Ta)(A+B·Un)

如果Ta

發(fā)生變化: - 傳熱發(fā)生變化 - 流體性質(zhì)發(fā)生變化

在空氣中測(cè)量: - 探頭溫度較高 - 空氣性質(zhì)變化較小

水的性質(zhì)變化相對(duì)較大，探頭溫度較低，所以溫度變化在液體中測(cè)量影響更大:

X型探頭測(cè)量二維流場(chǎng)X型探頭(兩線和探頭的軸成±45o):利用角度變化，熱線的輸出會(huì)發(fā)生變化的現(xiàn)象這樣速度被分解成(U,V)whereU1andU2inwirecoordinatesystemarefoundbysolving:

利用照相的方法測(cè)量流場(chǎng)速度連續(xù)拍攝兩張照片間隔時(shí)間已知距離通過(guò)圖片求得可得物體移動(dòng)速度這就是PIV基本原理ParticleImageVelocimetry(PIV)PIV利用電子拍照，數(shù)據(jù)處理等現(xiàn)代方法是一個(gè)全流場(chǎng)測(cè)量技術(shù),它在一個(gè)平面內(nèi)給出一個(gè)瞬時(shí)的流場(chǎng)速度一般測(cè)量?jī)蓚€(gè)速度分量如果使用stereoscopic方法可以測(cè)量這個(gè)平面的三維速度PIV測(cè)量過(guò)程PIV數(shù)據(jù)處理FundamentalsofstereovisionTrue3Ddisplacement(

X,

Y,

Z)isestimatedfromapairof2Ddis-placements(

x,

y)asseenfromleftandrightcamerarespectivelyLeft/Right2DvectormapsLeft&Rightcameraimagesarerecordedsimultaneously.ConventionalPIVprocessingproduce2Dvectormapsrepresentingtheflowfieldasseenfromleft&right.Thevectormapsarere-sampledinpointscorrespondingtotheinterrogationgrid.Combiningleft/rightresults,3Dvelocitiesareestimated.3DreconstructionResulting3DvectormapOverlapareawith

interrogationgridLeft2DvectormapRight2Dvectormap平均壓強(qiáng)-U型管我們測(cè)量的“壓強(qiáng)”一般來(lái)說(shuō)是相對(duì)的壓強(qiáng)差U型管壓力計(jì)液體振蕩怎么辦？用眼睛來(lái)平均U型管壓力計(jì)manometer平均壓強(qiáng)-壓力傳感器

Pressuretransducer電容式Capacitancetypediaphragm壓力傳感器電容式壓電材料式通過(guò)導(dǎo)管和被測(cè)點(diǎn)連接需要通過(guò)其它壓力計(jì)，比如U形管來(lái)標(biāo)定壓電式PiezoelectricValidyneDP15壓力傳感器脈動(dòng)壓強(qiáng)當(dāng)壓強(qiáng)發(fā)生快速變化的時(shí)候壓力傳感器中存在質(zhì)量較大的金屬片除金屬片外空腔和導(dǎo)管還有大量空氣/液體所以，當(dāng)被測(cè)點(diǎn)壓強(qiáng)變化時(shí)，金屬片不會(huì)快速隨之發(fā)生形變頻率響應(yīng)低對(duì)策使用小金屬片減小空腔體積，不使用導(dǎo)管頻率響應(yīng)