[实用新型]流场压力和速度的组合测量工具

说明书

1.技术领域

本发明涉及流体的压力和流速测量领域。具体是在流场中利用多孔压力探头和一维热线探头来测量流场的压力和三维流速的装置和方法，包括压力探头和热线风速仪的设计、安装、标定和操作程序。 

2.背景技术

随着电子、光学技术日益进步，热线风速仪，激光多普勒测速仪，粒子示踪技术等流体测量方法已经有了广泛的应用。然而用上述流体测量仪器往往需要较大的成本，多普勒测速和示踪粒子测速都需要示踪粒子，而且是应用在小型的测量区域内。三维热线的制造和使用成本较高。很多场合，特别是对于流体平均流动速度的测量，多孔压力探头，由于具有低成本，加工制造简单的特点，仍然有广泛的应用。 

多孔压力探头(包括三孔、五孔、七孔)用于三维速度矢量的测量的基本原理在于从不同孔中测量得的压力差可以判定流体速度大小和方向。通常情况下，当压力探头和流动方向之间的角度过大，流体在探头上产生流动分离现象，致使测量失败。三孔和五孔探头经常发生这样的情况。相比之下，七孔压力探头有较高的应用价值。六个动压孔可以均匀地分布在中心的静压孔周围，并采取分区策略，即可防止流动分离，使测量较大的流动角度更加可靠。 

热线风速仪是流体速度测量的另外一种常用工具。其原理是利用流体流经热线时，使热线产生热量损失，从而导致电阻变化的原理。特别是具有响应快、准确性高的特点，因而常被用于瞬态测量。通常三维流场的测量需要使用三维热线风速仪，而三维热线制作成本昂贵，实际应用中也容易出现热线损毁。特别是三维热线的标定十分复杂、费时。如果应用于大的流动角度测量，必然要标定更多的测量点和工况，造成标定时间过长，引起电子仪器的漂移现象。尽管如此，热线风速仪仍是最有效的流速测量工具，特别是一维热线，由于结构简单、制作成本低而得到广泛应用。 

3.发明内容

本发明利用多孔压力探头和热线风速仪的各自的优势，设计一套用于流体流动测量的组合工具和方法，既是将七孔压力探头和一维热线结合起来，测量流体流动(包括大流动角度)时的压力、速度(包括平均速度、瞬时速度)所涉及的装置、标定过程、操作过程、以及数据处理方法。 

为完成测量，首先需要一个由步进电机驱动的五自由度支架。除了按照笛卡尔坐标方向移动，在安装测量探头的测量端还应该有两个转动方向，能够产生转动自由度α°和β°。由五自由度支架上的转动部件完成。为完成测量，需要多孔压力探头一个和一维热线风速仪一个，在测量的不同阶段分别安装在转动自由度上。 

本发明的核心技术在于用压力探头获得测量点的流动方向，然后用一维热线探头在同一 个测量点沿流动方向测量瞬态速度。测量过程具体分为四步。 

测量第一步首先开始于压力探头的标定。步骤是： 

1.给定已知角度，定位探头； 

2.测量多个压力，获取压力系数； 

3.流动分离检测。 

测量第二步是一维热线风速仪的标定。 

测量第三步是用压力探头获得测量点的流动角度。步骤是： 

1.压力探头分区选择； 

2.流动角度从标定值中插值获得； 

3.记录测量点的空间坐标和流动角度。 

测量第四步是用热线探头替换压力探头，进行瞬态速度测量。步骤是： 

1.驱动五自由度支架按照测量点的空间坐标和流动角度定位热线探头； 

2.当地一维测量； 

4.附图说明

图1测量装置 

其中图中编号表示：1.来流方向；2.多孔压力探头或热线探头；3.转动自由度α°；4.转动自由度β°；5.五自由度支架 

图2七孔压力探头的测量端的示意图 

图3测量方案图 

4.具体实施方式

以下结合说明书附图和实施例子对本发明做进一步说明。该实施例子是用本发明提出的压力和速度的组合测量工具和方法在亚音速风洞中测量物体尾流的三维流场。图1是该例子使用的测量工具实施的布局。图3给出测量方案图。