一种基于压敏漆的多股非等密度气体流场的压力测试方法技术

本发明专利技术公开了一种基于压敏漆的多股非等密度气体流场的压力测试方法，包括：通过标定获得压力敏感漆发射光强与氧分压，进而获取光强与氧分压之间的关系；配置含氧混合气，以代替多股非等密度气体，保证流动环境内氧气的摩尔分数不变；在待测模型表面喷涂所述压力敏感漆，供以含氧混合气，营造与测量需求流场压力分布一致的流动环境；拍摄若干组不同条件下喷涂有压力敏感漆的待测模型表面的图像，获取光强图像，对光强图像进行转换，并计算所述待测模型表面的压力分布

【技术实现步骤摘要】
一种基于压敏漆的多股非等密度气体流场的压力测试方法


[0001]本专利技术涉及流动参数测量
，尤其涉及一种基于压敏漆的多股非等密度气体流场的压力测试方法
。

技术介绍

[0002]物体表面的压力分布测量是空气动力学研究中的重要部分
。
测量表面压力分布是许多流场测试过程中不可缺失的部分
。
传统的压力测量方法主要为在测量表面布置测压孔，将气体引至压力变送器
。
在测量表面开孔属于接触式测量，会直接影响流动，并且属于点测量
。
[0003]压力敏感漆涂料
(PSP)
，简称压敏漆，受到一定波长的光照射后会发射一定波长的光，由于氧猝灭效应的存在，越高的氧气浓度导致其发光强度越低
。
由于空气中的氧气浓度与氧分压成正比，且氧在空气中的摩尔分数是恒定的，因此能够通过测量光强得到物体表面的压力分布
。
[0004]此特性已经被大量用于物体表面的压力测量
。
例如在
《Aerodynamic applications of pressure sensitive paint》
一文中利用
PSP
测量了翼身融合飞机的表面压力分布
。
在一般的使用案例中，压力敏感漆均用来测量流体域中只有空气的情况
。
然而实际上，在多股密度不同的气流掺混的情况下同样需要测量物体表面压力
。
例如在气膜冷却领域，主流与射流掺混，射流密度一般与主流不等
。
在
《Experimental And Numerical Study Of The Thermal Performance Of A Film Cooled Turbine Platform》
一文中需要测量主流为空气
、
射流为二氧化碳的压力场；然而这种情况下，二氧化碳导致氧气在流体域的摩尔分数恒定的特性并不存在
。
因此其采用主流为空气
、
射流为空气时的压力分布代替了所需测量的压力分布
。
在低速情况下，这或许是可以接受的；然而，随着空气动力学研究朝高速化
、
复杂化发展，以空气代替某种与空气密度不同的异质气体进行压力测量是不准确的
。
[0005]综上，目前缺乏使用压力敏感漆测量多股密度不同的气流掺混的压力场的方法，尤其在高速
、
复杂流动条件中
。

技术实现思路

[0006]本专利技术提出了一种基于压敏漆的多股非等密度气体流场的压力测试方法，以解决上述现有技术中存在的问题，针对多股气流掺混的流场压力测量，尤其是多股不同密度气流时的情况
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于压敏漆的多股非等密度气体流场的压力测试方法，包括：
[0008]通过标定获得压力敏感漆发射光强与氧分压，进而获取光强与氧分压之间的关系；
[0009]配置含氧混合气，以代替多股非等密度气体，保证流动环境内氧气的摩尔分数不
变；
[0010]在待测模型表面喷涂所述压力敏感漆，供以所述含氧混合气，营造与测量需求流场压力分布一致的流动环境；
[0011]拍摄若干组不同条件下喷涂有所述压力敏感漆的待测模型表面的图像，获取光强图像，对所述光强图像进行转换，并计算所述待测模型表面的压力分布
。
[0012]优选地，获取所述光强与氧分压之间的关系，包括：
[0013]通过标定获得压力敏感漆发射光强与氧分压，其中，光强与氧分压之间的标定过程在标定腔中进行，选取某条件下的氧分压与温度作为参考氧分压与参考温度，将所述某条件下的光强作为参考光强，获取光强与氧分压之间的关系模型
。
[0014]优选地，所述光强与氧分压之间的关系模型为：
[0015][0016]其中，
I
ref
是参考光强；
I1为无光
、
无流动条件下待测模型表面的光强；为参考条件下的氧分压；
T
ref
为参考温度；
x
为标定过程中变化的待测环境；为
x
条件下待测模型表面的氧分压；
I
x
为待测模型表面的光强
。
[0017]优选地，所述含氧混合气为具有需求密度
、
特定配比的含氧混合气，其中，具有所述特定配比的含氧混合气满足的条件包括：密度分别与多股气体相同，各自的氧气的摩尔分数一致
。
[0018]优选地，所述不同条件包括：
[0019]第一条件：黑暗无流动环境，用以消除环境光的影响；
[0020]第二条件：光源开启，无流动环境，用以匹配参考光强；
[0021]第三条件：光源开启，使用特定配比的含氧混合气营造的流动环境
。
[0022]优选地，对所述光强图像进行转换，获取氧分压二维矩阵；其中所述氧分压二维矩阵为：
[0023][0024]其中，
I1为第一条件时待测模型表面的光强二维矩阵；
I2为第二条件时待测模型表面的光强二维矩阵；
I3为第三条件时待测模型表面的光强二维矩阵；为第二条件下的氧分压，与标定过程中参考条件下的氧分压相等；为第三条件待测模型表面的氧分压二维矩阵；
T
ref
为参考温度
。
[0025]优选地，基于所述氧分压二维矩阵计算所述待测模型表面的压力分布，其中所述待测模型表面的压力分布的表达式为：
[0026][0027]其中，为流体域氧气的摩尔分数，为定值，
P3为待测模型表面压力分布矩阵
。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
[0029]本专利技术方法利用具有相应密度
、
特定配比的含氧混合气，创造与目标压力场一致
、
且氧气摩尔浓度恒定的流体域环境，实现多股非等密度气体流场的压力测量
。
附图说明
[0030]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定
。
在附图中：
[0031]图1为本专利技术实施例的多股非等密度气体流场的示意图，图中为2股；
[0032]图2为本专利技术实施例的使用基于压敏漆的多股非等密度气体流场的压力测试方法示意图；
[0033]图3为本专利技术实施例的使用基于压敏漆的多股非等密度气体流场的压力测试方法测量结果与实际压力分布对比示意图；
[0034]其中，1‑
压敏漆涂料，2‑
待测模型，3‑
掺混孔，4‑
主流，5‑
与主流密度不同的射流，6‑
光源，7‑
科学相机，8‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于压敏漆的多股非等密度气体流场的压力测试方法，其特征在于，包括：通过标定获得压力敏感漆发射光强与氧分压，进而获取光强与氧分压之间的关系；配置含氧混合气，以代替多股非等密度气体，保证流动环境内氧气的摩尔分数不变；在待测模型表面喷涂所述压力敏感漆，供以所述含氧混合气，营造与测量需求流场压力分布一致的流动环境；拍摄若干组不同条件下喷涂有所述压力敏感漆的待测模型表面的图像，获取光强图像，对所述光强图像进行转换，并计算所述待测模型表面的压力分布
。2.
根据权利要求1所述的基于压敏漆的多股非等密度气体流场的压力测试方法，其特征在于，获取所述光强与氧分压之间的关系，包括：通过标定获得压力敏感漆发射光强与氧分压，其中，光强与氧分压之间的标定过程在标定腔中进行，选取某条件下的氧分压与温度作为参考氧分压与参考温度，将所述某条件下的光强作为参考光强，获取光强与氧分压之间的关系模型
。3.
根据权利要求2所述的基于压敏漆的多股非等密度气体流场的压力测试方法，其特征在于，所述光强与氧分压之间的关系模型为：其中，
I
ref
是参考光强；
I1为无光
、
无流动条件下待测模型表面的光强；为参考条件下的氧分压；
T
ref
为参考温度；
x
为标定过程中变化的待测环境；为
x
条件下待测模型表面的氧分压；
I
x
为待测模型表面的光强
。4.

【专利技术属性】
技术研发人员：谢刚，楼雨杼，李海旺，陶智，周志宇，岳渊，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：