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壓強平均壓強，脈動壓強部分內(nèi)容下載自Dantec,NationalinstrumentValidyne,Omega,Panasonic網(wǎng)站流場可視化

Flowvisualization“Seeingisbelieving”“沒有照片，沒有真相”流場可視化

Flowvisualization空氣實驗發(fā)煙線smokewire干冰dryice人造霧(油滴，液滴，舞臺霧發(fā)生器)水動力實驗染料dyeinjection氫氣泡Hydrogenbubble激光引發(fā)熒光Laserinducedfluorescent數(shù)據(jù)采集各種信號通過計算機記錄下來的系統(tǒng)把模擬信號(-5V到+5V或者其他范圍)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,Analog-Digital(AD)，反過來稱DANationalInstrument采集過程

傳感器-信號處理-模擬數(shù)字AD轉(zhuǎn)換-記錄傳感器輸出的信號量級應力應變片:微伏熱電偶:毫伏熱線風速儀:伏信號到DAQ前預處理放大gain，移動offset模數(shù)轉(zhuǎn)換AD使用轉(zhuǎn)換卡DataAcquisitionCard(DAQ)又稱digitizer通過軟件記錄數(shù)據(jù)一般通過軟件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等價格，1500-15000RMB與DAQ卡通信方法:熱線風速儀

Hot-WireAnemometry測量流場的平均和脈動速度修改過的電路可以測量平均和脈動溫度細小的金屬絲(一般為鎢絲或者白金絲)處于來流速度U的流場中.當電流通過金屬絲,會生成熱(I2Rw).當進入平衡狀態(tài)，這些熱被對流換熱帶走熱線工作原理

Principlesofoperation恒溫測量系統(tǒng)

ConstantTemperatureAnemometerCTA原理:

傳感器的電阻被放大器維持恒定優(yōu)點(對比恒流測量系統(tǒng)): - 簡單易用 - 高頻率響應 - 低噪 - 被廣泛接收缺點: - 價格高于恒流系統(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 (對流convectiontofluid +傳到conductiontosupports +輻射radiationtosurroundings)對流Convection Qc=Nu·A·(Tw-Ta)

Nu=h·d/kf=f(Re,Pr,M,Gr

), Re=

U/

傳導Conduction f(Tw

,lw

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

W = HI2Rw=hA(Tw–Ta)I2Rw=Nu

kf

/dA(Tw–Ta)

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

d = 金屬絲直徑wirediameter

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

Nu

= 紐希爾特數(shù)dimensionlessheattransfercoefficient強制對流的條件下Forcedconvectionregime,

Nu=A1+B1·Ren=A2+B2·Un

I2Rw2=E2=(Tw-Ta)(A+B·Un) “King’slaw”電壓的變化是流場速度的函數(shù)電壓的變化是流場速度的函數(shù)例子，當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廉，響應快，可以維修熱膜探頭當測量水流速或者測量環(huán)境較臟的時候，選用熱膜代替熱線響應速度較慢，不能修復絕緣，不受化學、機械干擾熱線熱膜對探頭的要求為了達到較高的頻率響應，總體來說，金屬絲的熱容量(heatcapacity)應該越小越好.其他要點:

越小越好(測量的空間解析力<探頭大小)

長徑比(l/d)應該大約100，兩端的影響才可以忽略不計

金屬絲應該耐高溫，這樣可以在高溫度下運行實驗，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定標定-找到流場速度和傳感器輸出的一個函數(shù)關系

U=f(E)空氣熱膜標定

熱膜在水中的標定

- 如圖所示，用一個容器形成射流，估算流速 - 把探頭放到滑車上在水里拖動水

典型的標定曲線熱線標定曲線

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

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

化學物質(zhì)chemicals導致敏感度下降，標定曲線便宜熱線響應速度下降解決辦法Cure清理熱線 Cleanthesensor重新標定 Recalibrate

應對方法: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)變化相對較大，探頭溫度較低，所以溫度變化在液體中測量影響更大:

X型探頭測量二維流場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:

利用照相的方法測量流場速度連續(xù)拍攝兩張照片間隔時間已知距離通過圖片求得可得物體移動速度這就是PIV基本原理ParticleImageVelocimetry(PIV)PIV利用電子拍照，數(shù)據(jù)處理等現(xiàn)代方法是一個全流場測量技術,它在一個平面內(nèi)給出一個瞬時的流場速度一般測量兩個速度分量如果使用stereoscopic方法可以測量這個平面的三維速度PIV測量過程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-U型管我們測量的“壓強”一般來說是相對的壓強差U型管壓力計液體振蕩怎么辦？用眼睛來平均U型管壓力計manometer平均壓強-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導管和被測點連接需要通過其它壓力計，比如U形管來標定壓電式PiezoelectricValidyneDP15壓力傳感器脈動壓強當壓強發(fā)生快速變化的時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管還有大量空氣/液體所以，當被測點壓強變化時，金屬片不會快速隨之發(fā)生形變頻率響應低對策使用小金屬片減小空腔體積，不使用導管頻率響應