(改)热线热膜-mali
2014年秋季学期研究生课程考核（读书报告、研究报告）考核科目:热膜 / 热线测速仪的使用和校准学生所在院（系）:市政环境工程学院学生所在学科:供热、供燃气、通风及空调工程学生姓名:范丽佳学号:13S027071学生类别:非定向考核结果阅卷人实验六 热膜/热线测速仪的使用和校准一实验目的1 熟悉热线热膜的工作装置2 掌握热线测速仪的基本工作原理；3 熟悉热线测速仪使用和校准的一些方法。二实验装置图1.实验设备图图1为实验设备图，其主要组成部分为热探头，和电脑软件处理系统，热线探头和热膜探头如下图所示。图2.热线探头外形图图3.热膜探头外形图三.热线热膜的基本工作原理热线热膜风速仪器测量速度的基本原理是热平衡原理，利用放置在流场中的具有加热电流的细金属丝来测量流场中的流速，风速的变化会使金属丝的温度产生变化，从而产生电信号而获得风速。图4.热线热膜工作原理图如图4所示，根据热平衡原理，当热线置于介质(流场)中并通电流时，热线中产生的热量应与之耗散的热量相等。换言之，在热线没有其他形式的热交换条件下，加热电流在热线中产生的热量应等于热线与周围介质的热交换。根据King公式，我们可以近似的得到换热表面的努谢尔数与雷诺数之间的关系，也就是说，只要知道换热系数，就可以得到通过热线处流速的大小和方向。King公式可以表示为:Nu=A+BRe0.5其中，努谢尔数； 雷诺数； 对流换热系数，W/(K·m2)；L 定性尺寸，m。A, B 为常数，根据不同的热线而定由热平衡原理，在不考虑热辐射的前提下，热线的热耗散应该等于电流流过热线所产生的热量。热耗散可用下式得出：Q耗散=F（Tw-Tf）其中： 热线的对流换热系数，W/(K·m2)；F 热线表面换热面积，m2；Tw 热线表面温度，oC；Tf 主流温度，oC。；电流流过热线产生的热量为：Q电=Iw2Rw其中，Iw 电流，A；Rw 电阻，。于是可以得出：Iw2Rw=F（Tw-Tf）四热线热膜的自校准与修正利用热线风速仪可以非常准确地测量流速，特别是对于微风速的情况，可以很准确地测量出其流速，这些都是比托管等其它的测量流速的仪器所不能达到的。这就要求热线的灵敏度要高，空间分辨率要大，同时要能够承受一定的冲击负荷，只有这样，热线风速仪才可以很灵敏地测量出微风速，而且不会对流场有很大的影响。由于热线风速仪一般都比较昂贵，要求的精度也比较高，所以应用起来受到一定的限止，为了保证其灵敏度和准确度，有必要在使用前对热线风速仪进行自校准(标定)。测量非纯净气体的流速时，一般刚焊接好的热线探头较清洁，而在排气管流场测量中的热线探头将受到混在排气中润滑油和水蒸气的污染。为了使标定前热线探头的工作特性尽量和实测状态的工作特性一致，将焊接好的热线探头置于实测的排气流场中，经试验约4小时之后，热线探头的特性可基本稳定，经以上预处理之后再进行标定可提高热线风速仪的准确度。热线风速仪的自校准也是根据king公式的原理:E2=A+Bun利用标准风洞，标准测速装置等测速设备求出3种稳态流动时的E (Eo, E1 , E2)和u1, u2 ，然后根据下式求出n值。图5.校准器原理图五.热线风速仪使用注意事项在标定完后使用时，要注意以下问题:a)线倾角的修正;b)固体壁面影响及其修正;c)流体温度变化影响;d)污染影响。如果热线风速仪受到污染，一定要清洗完才可继续使用，一般清洗的方法有超声波、酒精、化学、加热等。六.实验总结与体会热线风速仪（HWA）是用放置在流场中通有加热电流的细金属丝来测量风速的仪器。金属丝为热敏元件，通有加热电流，当风速变化时，金属丝的的温度随之而变，从而产生电信号。通过比对电信号与风速之间具有的一一对应关系，就可以测出此电信号对应的流场风速。热线(热膜)风速仪主要用来测量流场平均流速和方向。其优点是：体积小，对流场干扰小；在气体的亚声速、跨声速和超声速流动中均可使用；适用范围广，不仅可用于气体也可用于液体，除了测量单方向运动外还可同时测量多个方向的速度分量；频率响应高，可高达l MHz，可以响应的速度脉动涵盖所有湍流频段；灵敏度高，可以测量非常小的速度脉动，测量精度高，重复性好；使用计算机实现数据采集处理，可实现实时动态测量；价格相对低廉；可实际测量大型流场以及不宜透明的流场，故实用性较强。其缺点为接触式测量，探针会对被测流场流动产生一定扰动；测量时必须保证流体流动方向在探针前一定的角度内；如果流动方向与探针测量方向相反，无法测量，即无法测量逆向流动；热线容易断裂；测量前要对热线(热膜)风速仪进行校准，从而也导致测量精度直接受校准系统的影响；测量为点测量，对动态结构变化信息无能为力。总体上说，HWA具有惯性小、频响宽、信号连续、灵敏度高等优点。它的出现是实验流体力学进步的一个里程碑。HWA也被拓展用于温度、浓度和密度等物理量的测量，这方面还在不断发展。在HWA的发展过程中先后出现了单丝、X型双丝和三丝探头。分别用于测量一维、二维、三维速度矢量。后来又有了六线涡量探头等。而粒子成像测速仪能够无接触测量速度矢量，可同时测量个面上的速度场；测量精度高，片光源面上速度精度可达01，穿过片光源面的方向可达02；测速范围01000 ms；原理简单，受外界影响小；应用面广，可以用于微尺度流动测量(微米量级)，也可用于风、水洞的多相流测量；系统响应频率可达10 kHz，大大提高了PIV系统观测流场时序变化的能力；可同时观察流动的速度场、温度场和浓度场。不足之处在于对实验流场的透光性要求较高；仪器价格昂贵，测量成本较高；示踪颗粒要求尽量均匀分布，颗粒播撒要求较高，且采样率低，光路调节复杂。
