熱線風速儀測量原理簡介

1、(1)熱線風速儀測量原理簡介李敏毅 甘妙昌 馬思龍廣東省計量科學研究所廣州5104052“(1)2“(1)熱線風速儀流速測量摘要本文簡單地闡述了熱線風速儀的工作原理，并介紹了其自校準和修正的一些方法。 關鍵詞 0引言為了進一步對換熱器換熱效果進行更深層次的研究，人們對換熱器換熱表面的氣體或液體的流 場越來越重視，因為流場對換熱器總的換熱系數有極其霾要的影響，現在場協(xié)同原理也已經應用到 對流換熱的研究中，并逐漸成為一個新的研究方向，而在進行對流換熱場協(xié)同研究的同時，更需要 對流體在換熱表面附近的流場分布，只有在準確的測量流體流場的基礎之上，才可能通過實驗來準 確的驗證流場與對流換熱之間的關系.到

2、目前為止，人們根據光學、力學以及熱力學等領域的研究 成果開發(fā)了很多測量流體流場的測豎儀器，比如有早期的比托管和風速計，后來的熱線熱膜風速儀 (HWA),以及近期出現的激光流速計(LDV)等等.比托管的結構簡單，便用方便，堅實可靠，價格低 廉，但是其測速的范圍比較窄，一般用來測量旺盛湍流的平均流速，所以測量的速度一般比較高， 而且其僅能測二維流場，不能敏感反向流動，不能測量湍流流動的流場分布熱線風速儀能夠實 現連續(xù)測量，信噪比好，而且能夠分離和測At三維流場，測量的范圍比較大，而且能夠非常準確地 測量微風速，其靈敏度非常高鑒于熱線鳳速儀的這些優(yōu)點，現在被廣泛地應用與各種領域，比如 測量模擬風澗的

3、速度場，換熱管肋片周圍的速度場，內燃機的流動特性等1熱線風速儀的基本工作廩理1.1基本原理此，恒溫風速計的出現成為熱線技術進熱線測速技術是一種非常畫要的測童流體速度與方向的技術，已經有近一百年的歷史，它為流 體速度的測量作出了巨大的貢獻，并且在20世紀60年代以后幾乎壟斯了湍流脈動測速領域.按照 熱線熱平衡原理可以將熱線分為恒流風速計和恒溫風速計.由于恒溫風速計熱滯后效應很小，頻率 響應很寬，反應快速，而恒流風速計則不具備上述特點， 一步發(fā)展的重婆標志.熱銭風速儀器測量速度的基本廉理迪熱平衡樂理，利用放置在流場中的具有 加熱電流的細金厲絲來測童流場中的流速，風速的變化會便金H絲的沮度產生變化，

4、從而產生電信 號而獲得風速。根據熱平衡原理，當熱線置于介質(流場)中并通以電流時.熱線中產生的熱應與之耗散的熱 量相等.換言之，在熱線沒育其他形式的熱交換條件下，加熱電流在熱線中產生的熱應等于熱線 與周圍介質的熱交換.根據King公式，我們可以近似的得到換熱義面的努謝爾數與諾數之何的關 系，也就是說，只要知道換熱系數，就可以得到通過熱線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Re = 雷諾數Va 對流換熱系數，W/(Kn?)L定性尺寸，mA.B為常數，根據不同的熱線而定由熱平衡原理，在不考慮熱輻射的前提下，熱線的熱耗散應該等于電流流過熱線所產生的

5、熱量。熱耗散可用下式得出：2“(1)2“(1)其中，a一線的對流換熱系數，W/(K s =UV式中 *9分別為三維坐標中三個方向的紊流強度U.V.W分別為三個方向流速脈動值的平均值m/s 別為三個方向流速的瞬時值，m/s根據熱平衡原理R 二心 a + B)w afRfllBUn(11)而込焙詩dU(12)嚴人EnBK(Ryt.-R/yUn(13)其中.U任何一個方向上的流速平均指.m/s48(9)48(9)n常數我們可以看到，只要能測得流場中的某點的瞬時流速就可以得到該流場的紊流參數.2.2雷諾數的測量很多情況下要求得出流體的雷諾數，因為一般的對流換熱都直接與雷諾數有關，對于紊流的雷諾數，一般

6、可以表示為48心=一砂(14)式中，uyv紊流中某點兩個不同方向的流速，m/s如果利用X型探頭來測量流場的參數時，可以分析得到(15)_EsEd4a而,Ed oc 4a2uv因此，利用熱線風速儀可以比較準確地測量紊流的雷諾數。3熱線風速儀的自校準與修正 3.1熱線風速儀的自校準利用熱線風速儀可以非常準確地測量流速，特別是對于微風速的情況，可以很準確地測量出其 流速，這些都是比托管等其它的測量流速的儀器所不能達到的。這就要求熱線的靈敏度要高，空間 分辨率要大，同時要能夠承受一定的沖擊負荷，只有這樣，熱線風速儀才可以很靈敏地測量出微風 速，而且不會對流場有很大的形響.由于熱線鳳速儀一般都比較昂貴，

7、要求的精度也比較高，所以 應用起來受到一定的限止，為了保證其靈敏度和椎確度，有必要在使用前對熱線風速儀進行自校準 （標定測非純凈氣體時，一般剛焊接好的熱線探頭較清潔，而在排氣管流場測量中的熱線探頭將受到 混在排氣中潤滑油和水蒸氣的污染為了使標定前熱線探頭的工作特性盡董和實測狀態(tài)的工作特性 一致，將焊接好的熱線探頭于實測的排氣流場中，經試驗約4小時之后，熱線探頭的特性可基本 穩(wěn)定，經以上預處理之后再進行標定可提高熱線風速儀的準確度.熱線風速儀的自校準也暹根據king公式的原理：(16)E1 = A +1利用標準風洞，標準測速裝覽等測速設備求出3種穩(wěn)態(tài)流動時的E （& E,. EP和、w2然后根據

8、式（17）求出刃值(17)3.2熱線風速儀使用注意事項在標定完后使用時，要注意以下問題:a）線傾角的修正；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。如果熱線風速儀受到污染，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.加熱等。4.結束語熱線風速儀是一種先進的專門用于流速測量的新儀器，我們可以利用它比較精確地測量和研究 復雜的流動，使得研究由實驗測得的速度信號（包括一維.二維.三維）成為可能，也方便進行數據處理與分析。Q0熱線風速儀測量原理簡介作者：田WAHFANCDATA瓷輩卷提李敏毅，甘妙昌，馬思龍作者單位：廣東省計量科學研究所(廣州)1. 于寧.狄洪發(fā).趙榮義 熱線風速儀在動態(tài)熱舒適性研究中的應用及測量的影響因素會議論文-20082. 周春平.梁彬熱線風速儀測試系統(tǒng)完善及應用期刊論文-大電機技術2002(3)3. 陸青松.王元熱線風速儀制作的初步研究會議論文-20024. 魏中磊.魏慶鼎.王凱建.徐誠熱線風速儀及其探針的發(fā)以及湍流實驗研究上的貢獻會議論文-20015. 於娟.顧伯勤.陳曄現代流動測量與分析技術會議論文-20066. 張萬路 熱線風速儀在線測量的修正模型期刊論文-計量技術2004(5)7. 吳衛(wèi)星論環(huán)境基本國