一种多角度测量装置及方法制造方法及图纸

发明专利技术公开一种多角度测量装置及方法。所述装置包括风道测试部(1)、三角支架(3)和烟气喷射口(12)；风道测试部(1)前后端各布置一个匀速网格(2)；三角支架(3)用于固定待测物体，三角支架(3)安装在底座(4)上，底座(4)可在XY方向上平移三角支架(3)，由步进电机或手动调节XY方向的移动量；待测物体的待测表面上方安装比托管支架(6)；比托管支架(6)可以上下移动，并能180度旋转和仰角度调节；烟气喷射口(12)安装在风道测试部(1)的进气前段，喷出烟气直观显示流场分布。观显示流场分布。观显示流场分布。

【技术实现步骤摘要】
一种多角度测量装置及方法


[0001]本专利技术属于流体力学和传热学
，具体涉及一种多角度测量装置及方法。

技术介绍

[0002]流体以速度u
∞
平行流过平板，当流体质点接触到平板表面时，它们的速度降为零。由于流体具有黏性，这些质点又会阻碍临近的流体层中质点的运动，使其速度降低接近于零，而后者又阻碍上一层质点的运动，降低其速度，依次类推，直到离开平板表面的距离y＝δ时，这种影响才可以忽略。随着离开表面的距离y的增加，流体的速度分量u逐渐增加，直到接近自由流u
∞
的值。通常定义u＝0.99u
∞
的y值为边界层厚度δ。随着离前缘距离的增加，黏性的影响逐步渗透进自由流，边界层也相应增厚。
[0003]如图1所示，由于边界层的存在，流体的流动可分成两个不同区域来描述，一个是很薄的流体层，其中速度梯度和切应力很大；另一个是边界层以外的区域，这里速度梯度和切应力可以忽略。
[0004]由于与流体速度相关，所以边界层又称为速度边界层。只要有流体流过物体表面，就会产生边界层。边界层在流体传热传质中起到非常重要的作用。
[0005]在流体力学中，对于外部流动的局部摩擦系数C
f
与表面切应力τ
s
关系密切：
[0006][0007]对于牛顿流体，由于流体黏度μ产生的表面切应力τ
s
可由表面处的速度梯度计算：
[0008][0009]如果物体表面温度与流体的温度不同，就会产生热边界层。流体流过平板表面前温度T
∞
分布是均匀的。当流体质点接触到平板表面时，由于温度不同会发生热交换达到热平衡，而处于平板的表面温度T
s
。类似于速度边界层，这些质点和邻近流体层中的质点会发生热交换，并在流体中产生温度梯度。这个存在温度梯度的流体区域就是热边界层。通常按T
s
‑
T＝0.99(T
∞
‑
T)温度区域定义热边界层的厚度。随着离开前缘的距离的增加，传热的影响逐步渗透进自有流，相应地，热边界层会增厚。
[0010]流体与平板由于温差而产生的局部表面热流密度可以通过对y＝0的流体应用傅里叶定律得到：
[0011][0012]流体与表面的局部对流换热系数：
[0013]
技术实现思路

[0014]本专利技术的目的针对测量流体速度边界层和热边界层，提出一种多角度测量装置及方法。所述多角度测量装置可以测定某一定点的流体速率和方向，适用于不同形状表面的速度边界层；还可以测不同形状表面的热边界层内温度分布。
[0015]本专利技术采用如下技术方案：
[0016]一种多角度测量装置，包括风道测试部1、三角支架3和烟气喷射口12；风道测试部1前后端各布置一个匀速网格2；三角支架3用于固定待测物体，三角支架3安装在底座4上，底座4能够在XY方向上平移三角支架3，待测物体位于风道测试部1内；比托管支架6上安装有比托管5或温度探头；比托管5或温度探头设置在待测物体的待测表面上方；比托管支架6能够上下移动，并能180度旋转和俯仰角度调节，用于调节比托管5或温度探头的测试方向；烟气喷射口12安装在风道测试部1的进气段，用于喷出烟气。
[0017]进一步地，底座4由步进电机或手动调节XY方向的移动量。
[0018]进一步地，所述比托管为测速比托管。
[0019]本专利技术提供一种测量速度边界层的方法，使用如上所述的装置，包括以下步骤：将待测物体固定在三角支架3上，待测表面向上；校准比托管5零点位置，然后调节底座4XY位置，使待测物体的特征点位于比托管5零点位置下方；
[0020]根据雷诺数调节来流的速度，使测试段流动分别处于层流、湍流和过渡流三种状态；稳定后，开始测试；调节比托管5测试零点最大速度，此时比托管流速方向一致；垂直速度方向移动比托管，测出速度梯度；移动三角支架3，测出流动方的速度变化，界定边界层厚度。
[0021]一种测量热边界层的方法，使用如上所述的装置，包括以下步骤：将待测物体固定在三角支架3上，待测表面向上；将热电偶安装于比托管支架上；将热电偶零点固定于待测物体的待测点；通电预热待测表面，使其温度高于来流温度；并控制待测段气流速度；测试温度分布，得到热边界层。
[0022]进一步地，风道测试部1前后端各布置一个匀速网格2，用于稳定和均匀测试部1的流体速度。三角支架3用于固定待测物体，三角支架3安装在底座4上，底座4可在XY方向上平移三角支架3。底座4由步进电机或手动调节XY方向的移动量。待测物体位于风道测试部1内。待测表面上方安装测速比托管5，比托管支架6可以上下移动，并能180度旋转和一定俯仰角度调节，用于调节比托管5的测试方向。
[0023]进一步地，比托管支架6由圆弧形滑轨7，升降架8和旋转台9构成。升降架8固定在风道测试部1的上方，圆弧形滑轨7安装在升降架8上，可上下移动。旋转台9固定在圆弧形滑轨7上，可沿轨道作圆周滑动，实现比托管5作俯仰运动。比托管5安装在旋转台9的圆形轨道10内，实现比托管5以测点为圆周180度旋转，用于测试湍流内的速度方向。
[0024]进一步地，三角支架3由三根可调高度的升降杆构成，可调节待测表面的迎风角，测试不同角度的来流产生的边界层和尾流。
[0025]进一步地，烟气喷射口12安装在风道测试部1进气前段，喷出烟气直观显示流场分布。
[0026]进一步地，将待测物体固定在三角支架3上，待测表面向上。校准比托管5零点位置，然后调节底座4XY位置，使待测物体某一特征点位于比托管5零点位置下方。
[0027]根据雷诺数调节来流的速度，使测试段流动分别处于层流、湍流和过渡流三种状态。稳定30分钟，开始测试。调节比托管5测试零点最大速度，此时比托管流速方向一致。垂直速度方向移动比托管，测出速度梯度；移动三角支架3，测出流动方的速度变化，界定边界层厚度。
[0028]进一步地，热边界层测量采用等热流表面法，用金属膜18U形包裹待测平板13，金属膜18两端通电加热平板13，在待测平板13内形成对称温度分布。在平板前缘做45度切面，降低前缘流体扰动。在平板13背面一侧刻布线槽道16，从前缘沿中心线到尾部前密后疏不均匀布置热电偶测点15，用于测量待测表面沿程温度分布，从各测点15垂直于布线槽道(16)刻热电偶槽14通向布线槽道16，用于布置热电偶和偶丝，以保持金属膜18表面平整。测量热边界层时将温度探头，如热电偶安装于比托管支架上。设定来流温度和速度，测量方法同速度边界层一样，只需测量某个点的温度大小。
[0029]优点和积极效果：
[0030]本专利技术的多角度测量装置和方法，能测试不同形状的边界层和不同方向的速度变化，所装置结构简单，可操作性强。更换测试探头可以测热边界层。
附图说明
[0031]图1速度边界层示意图；
[0032]图2速度边界层测量系统；
[0033]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多角度测量装置，其特征在于，包括风道测试部(1)、三角支架(3)和烟气喷射口(12)；风道测试部(1)前后端各布置一个匀速网格(2)；三角支架(3)用于固定待测物体，三角支架(3)安装在底座(4)上，底座(4)能够在XY方向上平移三角支架(3)，待测物体位于风道测试部(1)内；比托管支架(6)上安装有比托管(5)或温度探头；比托管(5)或温度探头设置在待测物体的待测表面上方；比托管支架(6)能够上下移动，并能180度旋转和俯仰角度调节，用于调节比托管(5)或温度探头的测试方向；烟气喷射口(12)安装在风道测试部(1)的进气段，用于喷出烟气。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述比托管支架(6)由圆弧形滑轨(7)、升降架(8)和旋转台(9)构成；升降架(8)固定在风道测试部(1)的上方，圆弧形滑轨(7)安装在升降架(8)上，能够上下移动；旋转台(9)固定在圆弧形滑轨(7)上，能够沿轨道作圆周滑动；比托管(5)或温度探头安装在旋转台(9)的圆形轨道(10)内，实现比托管(5)或温度探头以测点为圆周180度旋转；优选地，底座(4)由步进电机或手动调节XY方向的移动量。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，三角支架(3)由三根能够调节高度的升降杆构成，能够调节所述待测表面的迎风角。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，比托管(5)安装在比托管支架(6)上；所述装置用于测量速度边界层。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，待测物体固定在三角支架(3)上，待测物体的待测表面向上；校准比托管(5)零点位置，然后调节底座(4)XY位置，使待测物体的特征点位于比托管(5)零点位置下方。6.根据权利要求1
‑
3任一项所述的装置，其特征在于，所述温度探头为热电偶...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦冬生，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：