可压缩流体恒温热线风速仪校准方法

开展了恒温(CT)热线风速仪校准方法的研究,以满足可压缩流体中湍流度测量需求。将对数函数与多元回归技术相结合,建立了恒温热线风速仪校准的数学模型,并进行了风洞湍流度测量试验验证。在马赫数Ma=0.3~0.55范围内进行了校准试验,根据建立的数学模型对试验数据进行拟合,拟合优度R2=0.999 82,平均绝对速度偏差Δu=0.18m/s,基本满足了恒温热线风速仪校准精度要求。对马赫数Ma=0.55条件下流场进行了湍流度测量,速度测量偏差为0.034%,流场湍流度Tu=0.14%。试验结果证明了恒温热线风速仪应用于可压缩流体速度测量的可行性。

热线与冷线相结合的非绝热流动测量技术

本文采用热线与冷线相结合的技术研究非绝热流动问题,提出了用冷线测量当地温度,并修正热线测量数据,以消除速度探头的温度影响,同时还可以给我们提供流场的平均温度及其脉动,以及温度通量等参数。该技术使得热线用于非绝热流动场测试,特别是对温度脉动或温度梯度较大的流动场精确测试变得容易。

高超声速风洞自由来流扰动热线测量技术

高超声速来流扰动的类型和幅值对边界层转捩、激波/边界层干扰等流动现象有着重要影响。然而,目前对高超声速风洞背景扰动的了解极其有限,限制了相关问题研究。针对这一现状,使用高温热线高过热比和常规热线变过热比两种方法对华中科技大学马赫数为6的高超声速风洞中的自由流扰动开展了热线测量。两种方法得到的扰动幅值相对误差不超过15%,不同雷诺数质量流量和总温脉动归一化脉动均方根值分别在0.77%~1.25%和0.1%~0.18%。结合可压缩热线扰动图的方法验证了常规风洞中声波扰动占主导地位的假设,同时测得声波扰动方向约为120°~140°,对应声源速度约为0.67~0.78倍自由流速度。此外,基于高温热线的质量流量频谱,获得了40 kHz以下自由流声波静压扰动频谱,发现10 kHz以下低频部分扰动幅值约为10-8量级,而高频部分则发生-5/3斜率的滚降。本研究证实了可压缩热线测量技术应用于高超声速风洞自由流扰动测量的可行性,得到了扰动类型以及幅值的频域分布特性。

可压缩流湍流度变热线过热比测量方法

开展了可压缩流中湍流度测量技术的研究,以满足高速风洞高精度试验能力的需求。以对流换热规律为基础,从理论上对可压缩流中热线金属丝热平衡关系式进行了推导,以此为基础,详细推导了恒温热线风速仪的响应关系式,得到了质量流量和总温灵敏度系数的显式表达式,建立了可压缩流中湍流度的求解方法。在马赫数为0.3~0.6范围内进行了湍流度测量试验,以响应关系式为数学模型,利用双曲线拟合方法对试验数据进行了拟合分析,求解得到了马赫数在0.3~0.6范围内流场湍流度约为0.3%~0.6%。对热线输出电压进行了频谱分析,根据频谱特性,利用低通滤波对频域信号进行了处理,有效降低了时域信号脉冲尖峰对湍流度求解的影响,滤波后求解得到马赫数在0.3~0.6范围内流场湍流度约为0.1%~0.3%,与前期测量结果相符。试验结果证明了所建立理论方法的正确性及利用恒温热线风速仪变过热比方法测量可压缩流湍流度的可行性。