热线风速仪测量原理简介

1、(1)热线风速仪测量原理简介李敏毅 甘妙昌 马思龙广东省计量科学研究所广州5104052“(1)2“(1)热线风速仪流速测量摘要本文简单地阐述了热线风速仪的工作原理，并介绍了其自校准和修正的一些方法。 关键词 0引言为了进一步对换热器换热效果进行更深层次的研究，人们对换热器换热表面的气体或液体的流 场越来越重视，因为流场对换热器总的换热系数有极其霾要的影响，现在场协同原理也已经应用到 对流换热的研究中，并逐渐成为一个新的研究方向，而在进行对流换热场协同研究的同时，更需要 对流体在换热表面附近的流场分布，只有在准确的测量流体流场的基础之上，才可能通过实验来准 确的验证流场与对流换热之间的关系.到

2、目前为止，人们根据光学、力学以及热力学等领域的研究 成果开发了很多测量流体流场的测豎仪器，比如有早期的比托管和风速计，后来的热线热膜风速仪 (HWA),以及近期出现的激光流速计(LDV)等等.比托管的结构简单，便用方便，坚实可靠，价格低 廉，但是其测速的范围比较窄，一般用来测量旺盛湍流的平均流速，所以测量的速度一般比较高， 而且其仅能测二维流场，不能敏感反向流动，不能测量湍流流动的流场分布热线风速仪能够实 现连续测量，信噪比好，而且能够分离和测At三维流场，测量的范围比较大，而且能够非常准确地 测量微风速，其灵敏度非常高鉴于热线凤速仪的这些优点，现在被广泛地应用与各种领域，比如 测量模拟风涧的

3、速度场，换热管肋片周围的速度场，内燃机的流动特性等1热线风速仪的基本工作廩理1.1基本原理此，恒温风速计的出现成为热线技术进热线测速技术是一种非常畫要的测童流体速度与方向的技术，已经有近一百年的历史，它为流 体速度的测量作出了巨大的贡献，并且在20世纪60年代以后几乎垄斯了湍流脉动测速领域.按照 热线热平衡原理可以将热线分为恒流风速计和恒温风速计.由于恒温风速计热滞后效应很小，频率 响应很宽，反应快速，而恒流风速计则不具备上述特点， 一步发展的重婆标志.热銭风速仪器测量速度的基本廉理迪热平衡乐理，利用放置在流场中的具有 加热电流的细金厲丝来测童流场中的流速，风速的变化会便金H丝的沮度产生变化，

4、从而产生电信 号而获得风速。根据热平衡原理，当热线置于介质(流场)中并通以电流时.热线中产生的热应与之耗散的热 量相等.换言之，在热线没育其他形式的热交换条件下，加热电流在热线中产生的热应等于热线 与周围介质的热交换.根据King公式，我们可以近似的得到换热義面的努谢尔数与诺数之何的关 系，也就是说，只要知道换热系数，就可以得到通过热线处流速的大小和方向.King公式可以表示为：Nw = & + BRe”其中，Nu努谢尔数Re = 雷诺数Va 对流换热系数，W/(Kn?)L定性尺寸，mA.B为常数，根据不同的热线而定由热平衡原理，在不考虑热辐射的前提下，热线的热耗散应该等于电流流过热线所产生的

5、热量。热耗散可用下式得出：2“(1)2“(1)其中，a一线的对流换热系数，W/(K s =UV式中 *9分别为三维坐标中三个方向的紊流强度U.V.W分别为三个方向流速脉动值的平均值m/s 别为三个方向流速的瞬时值，m/s根据热平衡原理R 二心 a + B)w afRfllBUn(11)而込焙诗dU(12)严人EnBK(Ryt.-R/yUn(13)其中.U任何一个方向上的流速平均指.m/s48(9)48(9)n常数我们可以看到，只要能测得流场中的某点的瞬时流速就可以得到该流场的紊流参数.2.2雷诺数的测量很多情况下要求得出流体的雷诺数，因为一般的对流换热都直接与雷诺数有关，对于紊流的雷诺数，一般

6、可以表示为48心=一砂(14)式中，uyv紊流中某点两个不同方向的流速，m/s如果利用X型探头来测量流场的参数时，可以分析得到(15)_EsEd4a而,Ed oc 4a2uv因此，利用热线风速仪可以比较准确地测量紊流的雷诺数。3热线风速仪的自校准与修正 3.1热线风速仪的自校准利用热线风速仪可以非常准确地测量流速，特别是对于微风速的情况，可以很准确地测量出其 流速，这些都是比托管等其它的测量流速的仪器所不能达到的。这就要求热线的灵敏度要高，空间 分辨率要大，同时要能够承受一定的冲击负荷，只有这样，热线风速仪才可以很灵敏地测量出微风 速，而且不会对流场有很大的形响.由于热线凤速仪一般都比较昂贵，

7、要求的精度也比较高，所以 应用起来受到一定的限止，为了保证其灵敏度和椎确度，有必要在使用前对热线风速仪进行自校准 （标定测非纯净气体时，一般刚焊接好的热线探头较清洁，而在排气管流场测量中的热线探头将受到 混在排气中润滑油和水蒸气的污染为了使标定前热线探头的工作特性尽董和实测状态的工作特性 一致，将焊接好的热线探头于实测的排气流场中，经试验约4小时之后，热线探头的特性可基本 稳定，经以上预处理之后再进行标定可提高热线风速仪的准确度.热线风速仪的自校准也暹根据king公式的原理：(16)E1 = A +1利用标准风洞，标准测速装覽等测速设备求出3种稳态流动时的E （& E,. EP和、w2然后根据

8、式（17）求出刃值(17)3.2热线风速仪使用注意事项在标定完后使用时，要注意以下问题:a）线倾角的修正；b）固体壁面影响及其修正C）流体温度变化影响;d）污染影响。如果热线风速仪受到污染，一定要清洗完才可继续使用，一般清洗的方法有超声波酒精、化 学.加热等。4.结束语热线风速仪是一种先进的专门用于流速测量的新仪器，我们可以利用它比较精确地测量和研究 复杂的流动，使得研究由实验测得的速度信号（包括一维.二维.三维）成为可能，也方便进行数据处理与分析。Q0热线风速仪测量原理简介作者：田WAHFANCDATA瓷辈卷提李敏毅，甘妙昌，马思龙作者单位：广东省计量科学研究所(广州)1. 于宁.狄洪发.赵荣义 热线风速仪在动态热舒适性研究中的应用及测量的影响因素会议论文-20082. 周春平.梁彬热线风速仪测试系统完善及应用期刊论文-大电机技术2002(3)3. 陆青松.王元热线风速仪制作的初步研究会议论文-20024. 魏中磊.魏庆鼎.王凯建.徐诚热线风速仪及其探针的发以及湍流实验研究上的贡献会议论文-20015. 於娟.顾伯勤.陈晔现代流动测量与分析技术会议论文-20066. 张万路 热线风速仪在线测量的修正模型期刊论文-计量技术2004(5)7. 吴卫星论环境基本国