热工课件lecture19热线、热膜风速仪

1、气流速度测量热线、热膜风速仪由于滞后大，测压管不适用于测量不稳定流动中的气流速度热线风速仪具有探头尺寸小，响应快等特点，其截止频率可达80 kHz或更高，所以它可在测压管速难以安置的地方使用，主要用于动态测量敏感元件：热线探头热线探头的结构型式有热线和热膜两种热线为直径很细的铂丝或钨丝， = 3.8 5 m，L = 12 mm热膜是用铂或铬制成的金属薄膜，用熔焊的方法将它固定在楔形或圆柱形石英骨架上热线的几何尺寸比热膜小，因而响应频率更高，但热线的机械强度低，不适于在液体或带有颗粒的气流中工作热线、热膜风速仪工作原理与热线方程基本原理 - 热线风速仪利用通电的热线探头在流场中会产生热量损失来进

2、行测量 热线、热膜风速仪热线产生的热量流体对热线的冷却导致热线散失的热量热平衡条件下对于一定的探头和流体条件固定I，v = f(tw)，恒流工作方式固定tw，v = f(I)，恒温或恒电阻工作方式温度补偿电路修正流体实际温度tf偏离标定时的流体温度t0工作原理与热线方程基本原理 - 热线风速仪利用通电的热线探头在流场中会产生热量损失来进行测量 热线、热膜风速仪热线产生的热量流体对热线的冷却导致热线散失的热量热平衡条件下对于一定的探头和流体条件固定I，v = f(tw)，恒流工作方式固定tw，v = f(I)，恒温或恒电阻工作方式工作原理与热线方程基本原理温度补偿电路修正流体实际温度tf偏离标定

3、时的流体温度t0热线风速仪基于热线对气流的对流换热，其输出和气流的运动方向有关。根据这一现象，原则上可确定气流速度的方向热线、热膜风速仪工作原理与热线方程热线方程假定热线为无限长、表面光滑的圆柱体，流体流动方向垂直于热线对于给定热线，若流体和已知，则热线的基本方程热线、热膜风速仪工作原理与热线方程热线方程热线电阻热线方程为恒流工作方式很少用于流速测量，因为还没有对热线的热惯性找到简单易行的补偿办法恒温工作方式和恒加热度工作方式广泛用于流速的测量，尤其是用于脉动气流的测量热线、热膜风速仪工作原理与热线方程恒温工作方式热线温度tw维持恒定，对流体温度tf偏离t0进行修正后实际测量时，测量电桥桥顶电

4、压热线、热膜风速仪a 和b是对流体温度tf偏离t0进行修正后的常数金氏定理平均流速的测量金氏定理的误差较大实际公式冷速度：如果速度为v的气流对热线的冷却作用与在支杆平面内且垂直于热线的气流速度vR的冷却作用相同，则vR为v的冷速度vR并不是流速v在支杆平面内垂直于热线方向上的投影热线、热膜风速仪平均流速的测量热线探头的特性曲线通过风洞校准试验求得速度特性曲线：E vs vR方向特性曲线：E vs （冲角）热线、热膜风速仪平均流速的测量测量平面气流平均流速的大小和方向的方法直接测量间接测量测量过程中都要始终保持流速和支杆平面重合直接测量转动探头以改变冲角，使E达到最大来流的方向与热线垂直速率：由

5、E和速度特性曲线确定热线、热膜风速仪平均流速的测量间接测量放入热线探头后可测得桥顶电压E1将探头转动一已知角度测得桥顶电压E2查速度特性曲线可得vR1和vR2求解v和热线、热膜风速仪平均流速的测量测量空间气流三元热线探头E1, E2, E3 vR1, vR2, vR3热线、热膜风速仪脉动气流的测量当气流在平均流速 上迭加一个脉动速度 时，桥顶电压E含有两个分量：直流电压 和交流电压热线风速仪的校准曲线是在稳定气流中得到的，不能直接用于测定气流的脉动速度假定金氏定理中的指数 n = 0.5热线、热膜风速仪展开对平均流速脉动气流的测量热线、热膜风速仪忽略高阶无穷小量测到e后就可得到在热线风速仪上读出的是交流电压e的时间均方根值为脉动速度的时间均方根值脉动气流的测量采用三元热线探头热线、热膜风速仪脉动速度的时间均方根值热线风速仪的动态特性热线风速仪用于非稳定气流的速度测量时，应考虑热线的热惯性热线是一个惯性环节正弦传递函数幅频特性电压e一阶滞后于流速v热线、热膜风速仪热线风速仪的动态特性热线时间常数为毫秒量级，其截止频率不会超过160 Hz利用电子动态补偿电路完全消除动态响应误差准确的补偿依赖于准确地了解热线时间常数但时间常数难以确切知道，且随流动条件的变化而变化广泛采用的恒温型热线风速仪，不需进行复杂的电子补偿而使仪器具有良好的频率特性速度脉