本发明专利技术涉及地面风洞试验中高焓气流参数诊断测量技术领域，尤其涉及一种高焓气流恢复温度测量方法及测量装置。该测量方法通过高焓气流恢复温度测量装置进行测量，该测量装置圆箔片感应元件盖设在热沉体的一端，在圆箔片感应元件的中心处以及相距中心处的距离为圆箔片感应元件半径的1/5处各引出一根材质与热沉体相同的导线，形成两个温差热电偶，可以同时测得两组温差信号，其中一组用于计算实际热流密度，推得实际对流热流与按标定灵敏度计算的热流相对误差，结合两组数据计算可得到气流恢复温度，该测量方法提高测得高焓气流恢复温度的准确度，能够同时获取表面热流、气流恢复温度，也将极大地降低地面风洞试验流场诊断的成本和周期。本和周期。本和周期。
【技术实现步骤摘要】
一种高焓气流恢复温度测量方法及测量装置
[0001]本专利技术涉及地面风洞试验中高焓气流参数诊断测量
，尤其涉及一种高焓气流恢复温度测量方法及测量装置。
技术介绍
[0002]地面风洞试验中，气流恢复温度(恢复焓)是试验气流诊断测量的最重要参数之一。实际工作中，通常是先测量确定气流总焓，然后根据经验公式由气流总焓确定恢复温度方式。而对于高焓(大于3000K)气流的焓值难以进行直接测量，均采用间接测量法，目前较常用的测量方法有5种：一是能量平衡法，即利用能量平衡原理计算设备输入总功率减去冷却水带走能量得到气流所含热能；二是平衡声速流法，即测量有效喉道面积、弧室压力、气流量，利用它们与焓值的近似关系式计算得到；三是探针法，即利用驻点探针采集小样气流，冷却后直接测量，并推算原有气流温度；四是驻点参数法，即测量驻点压力、驻点热流、头部半径，利用它们与焓值的近似关系式计算得到；五是光谱法，即利用光谱仪器测量气体入射光强、吸收后出射光强，反演分析得到气流温度。
[0003]上述测量方法或因为多种间接参数测量误差叠加，或因为近似关系式的适用区间不同或近似程度不同，测量结果的准度和精度均难以保证，相互间的相对误差甚至超过50％。由此导致得到的恢复温度存在较大的不确定度和较低的可靠性。
技术实现思路
[0004](一)要解决的技术问题
[0005]本专利技术的目的是提供一种高焓气流恢复温度测量方法及测量装置，提高测得高焓气流恢复温度的准确度，还能够同时得到热流密度，降低地面风洞试验流场诊断的成本和周期。
[0006](二)技术方案
[0007]为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种高焓气流恢复温度测量方法，包括以下步骤：
[0008]采用高焓气流恢复温度测量装置进行测量，高焓气流恢复温度测量装置包括圆箔片感应元件、热沉体、第一导线、第二导线和第三导线，圆箔片感应元件和热沉体为不同材质，热沉体为圆筒结构，圆箔片感应元件盖设在热沉体的一端，且与热沉体同心连接，形成参考热电偶结点，第一导线、第二导线以及第三导线的材质与热沉体的材质相同，第三导线与热沉体的连接，第一导线的一端穿过热沉体与圆箔片感应元件的中心连接，第二导线的一端穿过热沉体与圆箔片感应元件连接且与第一导线间隔设置，第一导线与第二导线形成第一温差热电偶，第一导线与第三导线形成第二温差热电偶，第一导线和第二导线在圆箔片感应元件上的连接点之间的距离小于等于圆箔片感应元件半径的1/5；
[0009]第二温差热电偶和第一温差热电偶测得的热电势分别为E1、E2，通过辐射热源标定分别得到灵敏度系数S1、S2，则得到相对应的热流密度为：
[0010]q1＝S1·
E1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0011]q2＝S2·
E2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0012]其中，热流密度q2为实际热流密度；
[0013]在对流环境中，热流密度q与圆箔片感应元件的表面温度T、对流换热系数h以及气流恢复温度T
r
之间满足以下关系：
[0014]q＝h(T
r
‑
T )
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0015]通过对流环境下所述圆箔片感应元件的传热控制方程推得实际对流热流与按标定灵敏度计算的热流相对误差为：
[0016]η＝KS1h
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0017]式中K为常数；
[0018]当所述第一导线和所述第二导线在所述圆箔片感应元件上的连接点之间的距离小于等于所述圆箔片感应元件半径的1/5，S1较小，受对流换热影响可忽略，而S2带有明显的偏差，因此根据(1)、(2)和(4)可得：
[0019][0020]根据式(1)、(2)和(5)计算得到对流换热系数h；通过第一温差热电偶测得的热电势E2得到圆箔片感应元件的中心温度T1，根据式(6)计算得到气流恢复温度：
[0021]q＝h(T
r
‑
T1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)。
[0022]可选地，圆箔片感应元件为康铜材料，热沉体为铜材料。
[0023]可选地，圆箔片感应元件的传热控制方程为：
[0024][0025]式中T为圆箔片感应元件某时刻r处的温度，r为圆箔片感应元件径向位置，ρ、c、L分别为圆箔片感应元件的密度、比热容和厚度，a为热扩散率；T
r
为气流恢复温度，h为对流换热系数。
[0026]可选地，根据圆箔片感应元件的传热控制方程推得实际对流热流与按标定灵敏度计算的热流相对误差的过程为：
[0027]对圆箔片感应元件的传热控制方程齐次化并分离变量求解，可得到包含修正贝塞尔函数的解，通过展开贝塞尔函数、略去高次项、略去小量等变换，推得实际对流热流密度与按标定灵敏度计算的热流密度相对误差。
[0028]可选地，圆箔片感应元件与热沉体的外边缘齐平。
[0029]第二方面，本专利技术还提供了一种高焓气流恢复温度测量装置，包括圆箔片感应元件、热沉体、第一导线、第二导线和第三导线，圆箔片感应元件和热沉体为不同材质，热沉体为圆筒结构，圆箔片感应元件盖设在热沉体的一端，且与热沉体同心连接，形成参考热电偶结点，第一导线、第二导线以及第三导线的材质与热沉体的材质相同，第三导线与热沉体的连接，第一导线的一端穿过热沉体与圆箔片感应元件的中心连接，第二导线的一端穿过热沉体与圆箔片感应元件连接且与第一导线间隔设置，第一导线与第二导线形成第一温差热电偶，第一导线与第三导线形成第二温差热电偶，第一导线和第二导线在圆箔片感应元件上的连接点之间的距离小于等于圆箔片感应元件半径的1/5。
[0030]可选地，圆箔片感应元件为康铜材料，热沉体为铜材料。
[0031]可选地，圆箔片感应元件与热沉体的外边缘齐平。
[0032](三)有益效果
[0033]本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术提供的高焓气流恢复温度测量方法，通过高焓气流恢复温度测量装置进行测量，该测量装置圆箔片感应元件盖设在热沉体的一端，在圆箔片感应元件的中心处以及相距中心处的距离为圆箔片感应元件半径的1/5处各引出一根材质与热沉体相同的导线，形成两个温差热电偶，可以同时测得两组温差信号，其中一组用于计算实际热流密度，通过圆箔片感应元件的传热控制方程推得实际对流热流与按标定灵敏度计算的热流相对误差，结合两组数据计算可得到气流恢复温度，该测量方法提高测得高焓气流恢复温度的准确度，能够同时获取表面热流、气流恢复温度，也将极大地降低地面风洞试验流场诊断的成本和周期。
附图说明
[0034]本专利技术附图仅为说明目的提供，图中各部件的比例与数量不一定与实际产品一致。
[0035]图1是本专利技术实施例中一种高焓气流恢复温度测量装置的半剖结构示意图；
[0036]图2是本传统圆箔式热流传感器的半剖结构示意图。本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高焓气流恢复温度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：采用高焓气流恢复温度测量装置进行测量，所述高焓气流恢复温度测量装置包括圆箔片感应元件、热沉体、第一导线、第二导线和第三导线，所述圆箔片感应元件和所述热沉体为不同材质，所述热沉体为圆筒结构，所述圆箔片感应元件盖设在所述热沉体的一端，且与所述热沉体同心连接，形成参考热电偶结点，所述第一导线、第二导线以及第三导线的材质与所述热沉体的材质相同，所述第三导线与所述热沉体的连接，所述第一导线的一端穿过所述热沉体与所述圆箔片感应元件的中心连接，所述第二导线的一端穿过所述热沉体与所述圆箔片感应元件连接且与所述第一导线间隔设置，所述第一导线与所述第二导线形成第一温差热电偶，所述第一导线与所述第三导线形成第二温差热电偶，所述第一导线和所述第二导线在所述圆箔片感应元件上的连接点之间的距离小于等于所述圆箔片感应元件半径的1/5；所述第二温差热电偶和所述第一温差热电偶测得的热电势分别为E1、E2，通过辐射热源标定分别得到灵敏度系数S1、S2，得到相对应的热流密度为：q1＝S1·
E1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)q2＝S2·
E2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，热流密度q2为实际热流密度；在对流环境中，热流密度q与圆箔片感应元件的表面温度T、对流换热系数h以及气流恢复温度T
r
之间满足以下关系：q＝h(T
r
‑
T)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)通过对流环境下所述圆箔片感应元件的传热控制方程推得实际对流热流与按标定灵敏度计算的热流相对误差为：η＝KS1h
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)式中K为常数；当所述第一导线和所述第二导线在所述圆箔片感应元件上的连接点之间的距离小于等于所述圆箔片感应元件半径的1/5，S1较小，受对流换热影响可忽略，而S2带有明显的偏差，因此根据(1)、(2)和(4)可得：根据式(1)、(2)和(5)计算得到对流换热系数h；通过所述第一温差热电偶测得的热电势E2得到圆箔片感应元件的中心温度T1，根据式(6)计算得到气流恢复温度：q＝h(T
【专利技术属性】
技术研发人员：罗跃，吴东，王磊，王辉，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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