一种高速气流热力参数及流动参数测定的实现方法技术

本发明专利技术公开了一种高速气流热力参数及流动参数测定的实现方法，属于仪表自动化技术领域。本方法分别构建了测定系统、数据采集系统、真实气体数据处理系统，对气流的总温、总压和静压等当地参数进行同步测量，进入真实气体数据处理系统，完成亚音速气流、跨音速气流、超音速气流等多种类型的高速气流，在接触测量过程中不可避免地产生脱体激波或斜激波其波后区气流考虑真实气体效应影响下流动参数及热力参数的实时、准确求解，能很好地解决真实气体及混合物在高速流动过程中难以准确测量静温、速度等参数的难题。本实现方法具有响应时间较短、精度高等优点，适用于真实气体及混合物在高速流动下热力及流动参数的测量场合。高速流动下热力及流动参数的测量场合。高速流动下热力及流动参数的测量场合。

【技术实现步骤摘要】
一种高速气流热力参数及流动参数测定的实现方法


[0001]本专利技术涉及仪表自动化
，具体为一种高速气流热力参数及流动参数测定的实现方法。

技术介绍

[0002]目前，无论是在能源动力、石油化工、还是航空航天等领域中，对于真实气体及混合物在高速流动过程中热力参数及流动参数的测量仍是一个难点，无法实时、准确地得到气流的速度、静温等各种参数。
[0003]实现真实气体及混合物的高速测量，要考虑高速气流的可压缩性问题。由于气流的可压缩性，气流的密度会随着气流速度的变化而变化，当气体的马赫数Ma>0.3后，其对热力参数和流动参数求解的影响不可忽略，密度难以直接测量，但由气体热力学关系可知，气体密度的变化将引起温度的变化，因此以温度的变化计算对应的密度变化，来修正可压缩性对高速气体流动参数计算的影响，实现真实气体及混合物在高速流动过程中热力参数及流动参数的测定。因此，在实际的测量中，必须考虑高速气流可压缩性引起的偏差。
[0004]高速气流的静温是计算气流其它热力参数和流动参数的重要参数，在实际测量中，气流的静温通常难以获取，通过接触式测温得到的是气流的总温，而且由于存在气流传热以及气流滞止不完全等问题，温度传感器测量得到的有效温度往往小于总温，如何尽可能地使气流滞止，减小总温测量误差，也是目前接触式温度测量中的一个难题。
[0005]接触测量过程中，还必须考虑激波的影响。当高速气流在压力探针前端产生一道脱体激波或斜激波后，此时测量的结果不是激波前气流的实际参数，而是激波后的参数，同时必须考虑真实气体效应的影响。在石油化工和航空航天等领域，现有的对高速理想气体流动问题的处理方法不能用于处理真实气体及混合物的高速流动问题，目前仍缺乏适合处理任意真实气体及混合物高速流动问题的求解方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种高速气流热力参数及流动参数测定的实现方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种高速气流热力参数及流动参数测定的实现方法，该方法包括以下步骤：
[0009]S1、构建测定系统，对任意真实气体及混合物在多种流动工况下的高速气流的总温、总压、静压参数进行同步测量；
[0010]S2、构建数据采集系统，对步骤S1中获得的参数数据进行采集、存储和传输；
[0011]S3、构建真实气体数据处理系统，对真实气体在高速流动状态下其热力参数及流动参数进行求解，并即时输出结果；
[0012]所述高速气流包括真实气体及混合物在流动过程中马赫数Ma＞0.3；
[0013]所述测定系统与所述数据采集系统相连接；所述数据采集系统与所述真实气体数
据处理系统相连接。
[0014]根据上述技术方案，所述测定系统包括测量腔、孔径可调机构(如虹膜光圈机构)、进气格栅、温度探头、压力探针；
[0015]所述测量腔头部设有进气孔和孔径可调机构，所述孔径可调机构安装在所述进气孔处，通过调节所述孔径可调机构调整孔径大小，改变进气量，所述测量腔尾部设有出气孔，所述进气格栅安装在所述测量腔内部，所述温度探头和压力探针安装在所述测量腔内部。
[0016]根据上述技术方案，所述进气孔设置在与测量腔轴线夹角15
°
至90
°
之间的位置；
[0017]气流从所述进气孔进入，通过所述进气格栅后马赫数Ma＜0.3，所述温度探头和压力探针测量获得气流的总温和总压，从所述出气孔流出。
[0018]根据上述技术方案，所述真实气体数据处理系统包括真实气体气动函数模块和真实气体热力性质数据库调用模块，所述真实气体气动函数模块用于实现热力参数及流动参数的求解，所述真实气体热力性质数据库调用模块用于接入商业化的物性数据库程序接口，获取真实气体的热力学参数。
[0019]根据上述技术方案，设置真实气体及混合物的组分i的摩尔分数为y
i
，获取气流总温T
t
，总压P
t
，静压P
s
，设置真实气体状态方程；
[0020]利用所述真实气体热力性质库调用模块接入真实气体热力性质库程序接口，获取真实气体的临界温度T
c
、临界压力P
c
、偏心因子w。
[0021]根据上述技术方案，对任意真实气体及混合物在高速流动过程中在所述测量腔前端产生脱体激波或斜激波的工况时：
[0022]设置真实气体及混合物的组分i的摩尔分数为y
i
，获取气流总温T
t
，总压P
t
，静压P
s
，激波前的参数以下标1表示，激波后的参数以下标2表示，利用压力探针测量出激波后的总压P
t2
、利用温度探头测量出激波后的总温T
t2
，利用静压传感器分别测量出激波前的静压P
s1
和激波后的静压P
s2
，根据公式获取：总静压比P
ts
、总静温比T
ts
、激波前后的静压比P
21
、激波前后的静温比T
21
；
[0023][0024][0025][0026][0027]其中，T
s2
为激波后气流的静温，T
s1
为激波前气流的静温，均利用热力学函数关系进行获取；
[0028]根据由激波后气流的总焓h
t2
、激波后气流的总温T
t2
、激波后气流的总压P
t2
和摩尔分数y
i
确定的热力学函数关系h
t2
＝h
t2
(P
t2
，T
t2
，y
i
)计算激波后气流的总焓h
t2
；
[0029]根据由激波后气流的熵s2、激波后气流的总温T
t2
、激波后气流的总压P
t2
和摩尔分
数y
i
确定的热力学函数关系s2＝s2(P
t2
，T
t2
，y
i
)计算激波后气流的熵s2；
[0030]根据由激波后气流的静温T
s2
、激波后气流的静压P
s2
、激波后气流的熵s2和摩尔分数y
i
确定的热力学函数关系T
s2
＝T
s2
(P
s2
，s2，y
i
)计算激波后气流的静温T
s2
；
[0031]根据真实气体状态方程，以激波后气流的静温T
s2
和激波后气流的静压P
s2
为独立变量迭代求解激波后气流的压缩因子Z2、激波后气流的比容v2；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速气流热力参数及流动参数测定的实现方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1、构建测定系统(1)，对任意真实气体及混合物在多种流动工况下的高速气流的总温、总压、静压参数进行同步测量；S2、构建数据采集系统(2)，对步骤S1中获得的参数数据进行采集、存储和传输；S3、构建真实气体数据处理系统(3)，对真实气体在高速流动状态下其热力参数及流动参数进行求解，并即时输出结果；所述高速气流包括真实气体及混合物在流动过程中马赫数Ma＞0.3；所述测定系统(1)与所述数据采集系统(2)相连接；所述数据采集系统(2)与所述真实气体数据处理系统(3)相连接。2.根据权利要求1所述的一种高速气流热力参数及流动参数测定的实现方法，其特征在于：所述测定系统(1)包括测量腔(4)、孔径可调机构(6)、进气格栅(7)、温度探头(8)、压力探针(9)；所述测量腔(4)头部设有进气孔(5)和孔径可调机构(6)，所述孔径可调机构(6)安装在所述进气孔(5)处，所述测量腔(4)尾部设有出气孔(10)，所述进气格栅(7)安装在所述测量腔(4)内部，所述温度探头(8)和压力探针(9)安装在所述测量腔(4)内部。3.根据权利要求2所述的一种高速气流热力参数及流动参数测定的实现方法，其特征在于：所述进气孔(5)设置在与测量腔(4)轴线夹角15
°
至90
°
之间的位置；气流从所述进气孔(5)进入，通过所述进气格栅(7)后马赫数Ma＜0.3，所述温度探头(8)和压力探针(9)测量获得气流的总温和总压，从所述出气孔(10)流出。4.根据权利要求3所述的一种高速气流热力参数及流动参数测定的实现方法，其特征在于：所述真实气体数据处理系统(3)包括真实气体气动函数模块和真实气体热力性质数据库调用模块，所述真实气体气动函数模块用于实现热力参数及流动参数的求解，所述真实气体热力性质数据库调用模块用于接入商业化的物性数据库程序接口，获取真实气体的热力学参数。5.根据权利要求4所述的一种高速气流热力参数及流动参数测定的实现方法，其特征在于：设置真实气体及混合物的组分i的摩尔分数为y
i
，获取气流总温T
t
，总压P
t
，静压P
s
，设置真实气体状态方程；利用所述真实气体热力性质库调用模块接入真实气体热力性质库程序接口，获取真实气体的临界温度T
c
、临界压力P
c
、偏心因子w。6.根据权利要求5所述的一种高速气流热力参数及流动参数测定的实现方法，其特征在于：对任意真实气体及混合物在高速流动过程中在所述测量腔(4)前端产生脱体激波或斜激波的工况时：设置真实气体及混合物的组分i的摩尔分数为y
i
，获取气流总温T
t
，总压P
t
，静压P
s
，激波前的参数以下标1表示，激波后的参数以下标2表示，利用压力探针(9)测量出激波后的总压P
t2
、利用温度探头(8)测量出激波后的总温T
t2
，利用静压传感器分别测量出激波前的静压P
s1
和激波后的静压P
s2
，根据公式获取：总静压比P
ts
、总静温比T
ts
、激波前后的静压比P
21
、激波前后的静温比T
21
；
其中，T
s2
为激波后气流的静温，T
s1
为激波前气流的静温，T
s
为气流的静温，均利用热力学函数关系进行获取；根据由激波后气流的总焓h
t2
、激波后气流的总温T
t2
、激波后气流的总压P
t2
和摩尔分数y
i
确定的热力学函数关系h
t2
＝h
t2
(P
t2
，T
t2
，y
i
)计算激波后气流的总焓h
t2
；根据由激波后气流的熵s2、激波后气流的总温T
t2
、激波后气流的总压P
t2
和摩尔分数y
i
确定的热力学函数关系s2＝s2(P
t2
，T
t2
，y
i
)计算激波后气流的熵s2；根据由激波后气流的静温T
s2
、激波后气流的静压P
s2
、激波后气流的熵s2和摩尔分数y
i
确定的热力学函数关系T
s2
＝T
s2
(P
s2
，s2，y
i
)计算激波后气流的静温T
s2
；根据真实气体状态方程，以激波后气流的静温T
s2
和激波后气流的静压P
s2
为独立变量迭代求解激波后气流的压缩因子Z2、激波后气流的比容v2；以激波后气流的静温T
s2
、激波后气流的比容v2为独立变量，求解激波后气流的定压比热容c
p2
和激波后气流的定容比热容c
v2
、以及激波后气流的p
‑
v
‑
T等熵关系中的等熵指数k
i2
；所述k
i2
包括激波后气流的p
‑
v关系等熵指数k
p
‑
v2
、激波后气流的p
‑
T关系等熵指数k
p
‑
T2
、激波后气流的T
‑
v关系等熵指数k
T
‑
v2
；根据由激波后气流的总静压比P
ts2
、激波后气流的马赫数Ma2、激波后气流的等熵指数k
p
‑
v2
、摩尔分数y
i
确定的热力学函数关系P
ts2
＝P
ts2
(Ma2，k
p
‑
v2
，y
i
)计算激波后气流的马赫数Ma2；根据由激波前后的静压比P
21
、激波前气流的马赫数Ma1、激波后气流的等熵指数k
p
‑
v2
和摩尔分数y
i
确定的热力学函数关系P
21
＝P
21
(Ma1，k
p
‑
v2
，y
i
)求解激波前气流的马赫数Ma1；根据由...

【专利技术属性】
技术研发人员：武锦涛，段凯旋，郝刚，张正凯，陈震翔，葛剑，代玉强，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：