一種高超聲速風(fēng)洞湍流度間接測量方法
【專利摘要】一種高超聲速風(fēng)洞湍流度間接測量方法，涉及風(fēng)洞湍流度測量。提供利用微型空速管測量高超聲速風(fēng)洞流場中的壓力脈動(dòng)，再根據(jù)壓力脈動(dòng)與速度脈動(dòng)的關(guān)系換算間接得到湍流度的一種高超聲速風(fēng)洞湍流度間接測量方法。包括風(fēng)洞數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析，風(fēng)洞數(shù)據(jù)采集的過程是利用裝有微型空速管的可調(diào)節(jié)裝置測出風(fēng)洞來流不同位置的脈動(dòng)壓力值，并用其他探針測得其他風(fēng)洞數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析的方法是對已測得的壓力脈動(dòng)值和其他風(fēng)洞數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，推導(dǎo)得到高超聲速氣流中壓力脈動(dòng)與速度脈動(dòng)的函數(shù)關(guān)系式，從而計(jì)算得到高超聲速風(fēng)洞的湍流度。壓力脈動(dòng)和速度脈動(dòng)之間的函數(shù)關(guān)系式簡單明了，只需測得壓力脈動(dòng)并經(jīng)簡單計(jì)算就可得到高超聲速風(fēng)洞的湍流度，方便快捷。
【專利說明】一種高超聲速風(fēng)洞湍流度間接測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)洞湍流度測量領(lǐng)域，特別是涉及一種高超聲速風(fēng)洞湍流度間接測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]研究發(fā)現(xiàn)，湍流度對邊界層轉(zhuǎn)捩有著重要影響，其對氣動(dòng)測量的影響之嚴(yán)重可與雷諾數(shù)相比。同時(shí)，在利用CFD對流場進(jìn)行數(shù)值仿真時(shí)，湍流度也起著非常關(guān)鍵的作用，人們往往需要在仿真前對湍流度進(jìn)行測量或估計(jì)，湍流度測量值或估計(jì)值的準(zhǔn)確度直接影響了仿真結(jié)果的準(zhǔn)確度。
[0003]目前，湍流度的測量一般使用熱線風(fēng)速儀(HWA)、激光多普勒測速儀(LDV)以及粒子圖像測速系統(tǒng)(PIV)，它們都是通過測量流場中的速度脈動(dòng)進(jìn)而計(jì)算得到湍流度。HWA的基本原理是熱平衡原理，將具有加熱電流的細(xì)金屬絲放置在流場中，風(fēng)速的變化會(huì)使金屬絲的溫度產(chǎn)生變化，通過測量熱線兩端的電壓從而可計(jì)算得到流速(E.L.D0UGHMAN.Development of a Hot-ffire Anemometer for Hypersonic Turbulent Flows[J].THEREVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS.V0LUME43, NUMBER8, 1972)。LDV 的基本原理是對通過激光探頭的示蹤粒子的多普勒信號(hào)進(jìn)行測量，然后根據(jù)速度與多普勒頻率的關(guān)系換算得到速度。PIV技術(shù)建立在流場顯示技術(shù)的基礎(chǔ)上，其基本原理是在流場中加入一定的示蹤粒子，用脈沖激光器所發(fā)出的激光照亮流場的測試段，并用CCD相機(jī)拍下測試段間流動(dòng)粒子的圖像，對圖像進(jìn)行分析處理之后得到流場中的速度分布(Pentti Saarenrinne, MikaPiirto and Hannu Eloranta.Experiences of turbulence measurement with PIV[J].MEASUREMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY, 2001)。
[0004]目前，國內(nèi)外還未見關(guān)于能夠準(zhǔn)確測量高超聲速風(fēng)洞湍流度的方法的相關(guān)報(bào)道。以上三種測量方法在亞聲速、跨聲速或低超聲速流場中有著廣泛的應(yīng)用，但它們并不適用于高超聲速流場中的湍流度測量。HWA具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)頻率高，時(shí)間和空間分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，但熱線容易斷裂，在超高聲速流場中，高溫高速的環(huán)境對其來說是個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。LDV和PIV都屬于非接觸流動(dòng)顯示技術(shù)，它們測量精度高，測速范圍廣，但是在高速流場中存在示蹤粒子跟隨性差，受激波影響大的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺陷，提供利用微型空速管測量高超聲速風(fēng)洞流場中的壓力脈動(dòng)，再根據(jù)壓力脈動(dòng)與速度脈動(dòng)的關(guān)系換算間接得到湍流度的一種高超聲速風(fēng)洞湍流度間接測量方法。
[0006]本發(fā)明包括以下步驟:
[0007]一、采集風(fēng)洞數(shù)據(jù)，具體方法如下:
[0008]I)控制電機(jī)令空速管對準(zhǔn)風(fēng)洞出口中心，記錄下第I個(gè)測點(diǎn)的平均總壓i和脈動(dòng)壓力P’。；[0009]2)將空速管水平或豎直移動(dòng)單位長度，記錄下第2個(gè)測點(diǎn)的壓力數(shù)據(jù)；
[0010]3)不斷重復(fù)步驟2)，記錄下第三、四……個(gè)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)，直到測得所有均勻分布在風(fēng)洞出口截面的測點(diǎn)壓力數(shù)據(jù)；
[0011]4)在風(fēng)洞出口截面附近沿壁面周向均勻布置4個(gè)測量靜壓的壓差傳感器和4個(gè)測量總溫的熱電偶，對測得的4個(gè)靜壓值和4個(gè)總溫值取平均可得到平均靜壓;^和平均溫度
T ；
[0012]二、對風(fēng)洞數(shù)據(jù)的分析，具體方法如下:
[0013]I)建立壓力脈動(dòng)p’ ^與速度脈動(dòng)u’、密度脈動(dòng)P ’間的函數(shù)關(guān)系；
[0014]在步驟二的步驟I)中，所述建立壓力脈動(dòng)P’ ^與速度脈動(dòng)u’、密度脈動(dòng)P ’間的函數(shù)關(guān)系的具體方法可為:
[0015]已知風(fēng)洞中氣流的總壓表達(dá)式為:
【權(quán)利要求】
1.一種高超聲速風(fēng)洞湍流度間接測量方法，其特征在于包括以下步驟: 一、采集風(fēng)洞數(shù)據(jù)，具體方法如下: 1)控制電機(jī)令空速管對準(zhǔn)風(fēng)洞出口中心，記錄下第I個(gè)測點(diǎn)的平均總壓;P；和脈動(dòng)壓力P，O ; 2)將空速管水平或豎直移動(dòng)單位長度，記錄下第2個(gè)測點(diǎn)的壓力數(shù)據(jù)； 3)不斷重復(fù)步驟2)，記錄下第三、四……個(gè)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)，直到測得所有均勻分布在風(fēng)洞出口截面的測點(diǎn)壓力數(shù)據(jù)； 4)在風(fēng)洞出口截面附近沿壁面周向均勻布置4個(gè)測量靜壓的壓差傳感器和4個(gè)測量總溫的熱電偶，對測得的4個(gè)靜壓值和4個(gè)總溫值取平均可得到平均靜壓^和平均溫度7 二、對風(fēng)洞數(shù)據(jù)的分析，具體方法如下: I)建立壓力脈動(dòng)與速度脈動(dòng)U’、密度脈動(dòng)P’間的函數(shù)關(guān)系，具體方法為: 已知風(fēng)洞中氣流的總壓表達(dá)式為:

【文檔編號(hào)】G01M9/06GK103969022SQ201410220104
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】尤延鋮, 歐陽智賢, 騰健, 李怡慶, 潘成劍, 胡斌 申請人:廈門大學(xué)