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Hitzdrahtanemometrie

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Hot Wire Anemometry

3.6: Hydraulic Jumps

3.11: Visualization of Flow Past a Bluff Body

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09:17 min

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April 30, 2023

Overview

Quelle: Ricardo Mejia-Alvarez und Hussam Hikmat Jabbar, Department of Mechanical Engineering, Michigan State University, East Lansing, MI

Hitzdraht-Anemometer haben eine sehr kurze Zeit-Reaktion, wodurch sie ideal, um schnell schwankenden Phänomene wie turbulente Strömungen zu messen. Dieses Experiment soll veranschaulicht die Verwendung der Hitzdraht-Messung.

Principles

Der Hitzdraht-Anemometer

A Hitzdraht-Anemometer ist ein Gerät zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit anhand der Hitze zerstreut aus einem sehr dünnen Draht elektrisch beheizt. Die Wärme, die von einem elektrischen Draht,, ergibt sich aus der Beziehung:

(1)

Wo bezeichnet den Draht elektrischer Widerstand und der elektrische Strom durch den Draht. Der elektrische Widerstand hängt von der Drahttemperatur nach folgende Beziehung:

(2)

Wo ist der Draht-Widerstand bei der Referenztemperatur und ist eine konstante, die von dem Material des Drahtes abhängt. Während Gleichung (1) die Wärmeentwicklung durch den elektrischen Strom, der Hitze zerstreut durch die Strömung drückt folgt des Königs Gesetz [2]:

(3)

Hier,,, und sind Kalibrierkonstanten und ist die Strömungsgeschwindigkeit um den Draht. Der Wert von n hängt von der Reynolds-Zahl, und es wurde bereits festgestellt, dass für Palette von Reynolds in diesem besonderen Experiment erreichbare Zahlen zufrieden stellend ist. Um eine Beziehung zwischen elektrischer Strom, Temperatur und Geschwindigkeit zu erhalten, kombinieren wir die Gleichungen (1) und (3):

(4)

Hier tritt die Temperaturabhängigkeit durch den elektrischen Widerstand (Gleichung (2)). Der Messung, mit denen wir in das aktuelle Experiment soll die Temperatur zu halten (und damit der Widerstand) der Draht-Konstante. Aus Gleichung (4) ist es klar, dass der elektrische Widerstand konstant ist, der Strom schwanken um die Tendenz der Geschwindigkeit zu folgen muss. Das heißt, Abkühlgeschwindigkeit ändert sich mit der Strömungsgeschwindigkeit, und das würde den Draht Temperatur ändern, es sei denn, die aktuelle geändert wird, um dies zu kompensieren. Offensichtlich ist es notwendig, ein schnelles reagieren elektrische System, ein schnell variierenden Geschwindigkeit Signal zu messen haben. Dies geschieht mit einer Wheatstone-Brücke wie die in Abbildung 1a. Aus der Abbildung ist die Hot-wire einer der vier Widerstände in der Schaltung. Abbildung 1 b zeigt seine physische Konfiguration ist ein sehr dünner Draht zwischen zwei Zinken (eine 5 μm Wolframdraht für das aktuelle Experiment). Die Steuerelement-Widerstand, , aus Abbildung 1 Buchstabe a wird zunächst angepasst, um eine Null Brückenspannung produzieren , für die gewünschten Baseline-Temperatur (ergo elektrischer Widerstand) von der Hot-wire. Im Betrieb der Brückenspannung dient als eine Rückmeldung zu erhöhen oder zu senken, den Strom auf dem Draht um verteidigen den Hitzdraht-bei einer konstanten Temperatur. Auf der anderen Seite,, wird verstärkt um eine leichter lesbare Spannung Skala zu erreichen. Diese Spannung bezieht sich auf den Strom durch Ohmsche Gesetz:

(5)

Daher kann die Gleichung (4) in Bezug auf die Spannung wie ausgedrückt werden:

(6)

Mit der Kalibrierungen konstanten nun definiert als: und . Der Hauptzweck dieses Experiments ist es, den Wert dieser konstanten Kalibrierung zu finden. Zu diesem Zweck wird die Hot-wire-Sonde in einem Referenz-Flow-System eingestellt werden. Diese Flow-System wird verwendet, die mehrere Ströme mit bekannten Geschwindigkeiten. Dann werden die Kalibrierkonstanten mit einer kleinsten Quadrate Regression gefunden werden.

Wie in der schematischen Abbildung 2 gezeigt, ist der Verweis Fluss hierin verwenden die Vena Contracta von ein Freistrahl. Die mittlere Geschwindigkeit in die Vena Contracta zeichnet sich auch durch die folgende Gleichung [3, 4, 5]:

(7)

Hier ist die konstante 0,61 Abflussbeiwert von Jet, ist der Druck im Inneren der Plenum und ist der atmosphärische Druck. Die Position der Vena Contracta ist gut durch die Beziehung definiert:

(8)

Wo ist der Abstand von der Düse verlassen entlang seiner Mittellinie und ist die Breite des Schlitzes wo die Jet ausgestellt ist. Dies ist der Ort wo der Hitzdraht-Anemometer werden für die Kalibrierung. Abbildungen 3 und 4 zeigen hierin verwendete Flow-System. In diesem System ein Fan unter Druck setzt ein Plenum, die hat zwei Ausgänge, einen Schlitz, der Jet und einem Stapel, den Fluss umzuleiten zu produzieren. Wie der Fluss durch den Stapel mit Messblenden eingeschränkt ist (siehe Abbildung 4 als Referenz), erhöht sich der Volumenstrom des Jets. Diese Einstellung hilft uns, produziert ein Streudiagramm von und die Spannung gemessen an der Wheatstone-Brücke.

Abbildung 1: Schaltplan der planaren Jet zeigen: die Vena Contracta und das Diagramm von Verbindungen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 2: Versuchsaufbau. (A): Flow Anlage; das Plenum ist durch einen Radialventilator beaufschlagt. (B): für die Erteilung des planaren Jets geschlitzt. (C): durchqueren System ändern Sie die Position des Anemometers entlang der Jet. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Procedure

Messen Sie die Breite des Schlitzes, W, und tragen Sie diesen Wert in Tabelle 1.
Stellen Sie sicher, dass das Datenerfassungssystem das Schema in Abbildung 2 folgt.
Der positive Anschluss der Drucksensor anschließen (siehe Abbildung 2 als Referenz), dem Plenum Druckmessstutzen ().
Lassen Sie den negativen Anschluss der Drucksensor zur Atmosphäre geöffnet. Daher werden die Lektüre dieser Wandler direkt; gemäß Gleichung (7).
Starten Sie das Programm für Hitzdraht-Kalibrierung. Legen Sie die Sample-Rate bei 100 Hz für insgesamt 1000 Proben (z.B. 10 s von Daten).
Stellen Sie sicher, dass Kanal 0 in das Datenerfassungssystem entspricht der Spannung der der Hitzdraht-Anemometer.
Der entsprechende Kanal 0, wählen Sie im Feld den Wert der Konstante auf 0,45.
Festlegen der Hitzdraht-Anemometer an der Position des Vena Contracta (auf der Mittellinie am X = 1,5 W).
Stellen Sie sicher, dass Kanal 1 in das Datenerfassungssystem auf das Signal von der Drucksensor entspricht.
Geben Sie die Werte der lokalen luftdichte (in der Regel 1,2 kg/m³ für durchschnittliche Bedingungen vor Ort) und Konvertierung konstante von Volt bis Druck (76.75 Pa/V) in den Bereichen entsprechend der Drucksensor. Notieren Sie diese Werte in Tabelle 1. Damit meldet das Datenerfassungssystem der Daten direkt in Geschwindigkeit in m/s nach Gleichung (7).
Decken Sie den Stapel komplett um die Voraussetzung für die maximale Geschwindigkeit an der Düse zu etablieren.
Schalten Sie die Fluss-Anlage.
Erwerben Sie ein Dataset.
Änderung der Stack-Platte mit einer geringeren Einschränkung (größerer Durchmesser)
Erwerben Sie ein Dataset.
Wiederholen Sie die Schritte 1.15 und 1.16 für eine Gesamtmenge von mindestens viermal. Stellen Sie sicher, dass die letzte Wiederholung mit dem Stack vollständig uneingeschränkten (niedrigste Jet Velocity) durchgeführt wird.
Daten-Übernahme-Programm wird die kleinste-Quadrate-Berechnung durchführen und melden die Kalibrierkonstanten automatisch. Notieren Sie diese Werte in Tabelle 1.

Tabelle 1. Grundparameter für experimentelle Studie.

Parameter	Wert
Schnittbreite (W)	19.05 (mm)
Die Dichte der Luft (R)	1.2 (kg/m³)
Wandler-Kalibrierung-Konstante (M_p)	76,75 (Pa/V)
Konstante A Kalibrierung	5.40369 (V²)
Kalibrierung Konstante B	2.30234 (V² s^0,65m^-0,65)

Abbildung 3 . Hitzdraht-Anemometer-Schaltung. (A): Wheatstone-Brückenschaltung konstanten Temperatur in der Hot-wire zu sicherzustellen. (B): Detail der Struktur einer Hot-wire. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 4 . Flusssteuerung in der Flow-System. Der Stapel auf dem Plenum dient dem Zweck der Umleitung aus der Jet-Schlitz ermöglicht, um die Jet Ausgang Geschwindigkeit zu kontrollieren. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Hot-Wire-Messung ist eine gemeinsame experimentelle Technik zur Messung Fluidgeschwindigkeit während Flow Tests. Geschwindigkeit ist oft ein wichtiger Parameter der Strömung zu charakterisieren. Aber wie mit vielen Fließeigenschaften, es ist schwierig um zu messen, ohne Auswirkungen auf das Experiment. Messung der turbulente Strömungen fügt eine zusätzliche Komplikation, da die Geschwindigkeit in diesem Regime schnell schwanken kann. Hot-Wire Anemometer sind eine erfolgreiche Diagnose, weil sie sehr klein sind, um ihre Auswirkungen auf die gemessenen Durchfluss zu minimieren gemacht werden können. Und sie haben schnell genug Zeit die Beantwortung Eilgeschwindigkeit Schwankungen in der Strömung zu beheben. Dieses Video wird veranschaulichen, wie ein “heißer” Draht-Anemometer in der konstanten Temperatur-Konfiguration funktioniert. Und dann zeigen, wie diese Geräte in Vorbereitung für den Einsatz in Fluss Experimente kalibriert sind.

In seiner einfachsten Form besteht ein “heißer” Draht-Anemometer eines kurzen resistiven Draht zwischen zwei stützen aufgehängt und in den Fluss von Interesse. Der Draht ist auf eine Temperatur deutlich über der Umgebungstemperatur Fluid elektrisch beheizt, so dass die erzeugte Wärme den Wärmeverlust durch konvektive Kühlung entgegenwirkt. Da die konvektive Abkühlgeschwindigkeit von der Geschwindigkeit der Flüssigkeit abhängt, kann eine Beziehung zwischen der elektrischen Leistung in das Anemometer und die Strömungsgeschwindigkeit definiert werden. Joule Heizung des Drahtes ist das Produkt aus der Draht-Widerstand und dem Platz des elektrischen Stromes. Für die meisten Materialien der Widerstand ist temperaturabhängig und wird gut angenähert durch eine lineare Verhältnisse, wo die konstante Alpha durch das Kabelmaterial angegeben wird. Die konvektive Kühlung kann mit Hilfe des Königs Gesetz modelliert werden. In dieser Gleichung sind A und B konstanten bei der Kalibrierung bestimmt werden. Und der Exponent der Geschwindigkeit N ist in der Regel um 0,45. Im Steady-State Heizung und Kühlung ausgeglichen. Aber bestimmen die momentane Eingangsleistung hängt zu wissen, den Widerstand und Strom gleichzeitig. Eine Strategie, bekannt als konstant-Temperatur-Messung nur genügend Strom um die Temperatur zu halten und damit der Widerstand des Drahtes konstant. Dies geschieht mit Hilfe einer Wheatstone-Brücke mit dem heißen Draht dient als ein Bein von der Brückenschaltung. Die Brücke kann als zwei Spannungsteiler parallel betrachtet werden, und der Unterschied in ihren Ausgängen Brückenspannung. Wenn das Verhältnis eins zu R2 und RW für R3 sind gleich, die Brücke ist ausgewogen und die Brückenspannung ist gleich Null. Andernfalls ist die Brückenspannung verstärkt und als eine Rückmeldung. Strom fließt dann durch den heißen Draht, es erhitzen, bis die Brücke ins Gleichgewicht gebracht wird. Die Baseline-Temperatur des heißen Drahtes kann durch die Anpassung der Steuerung Resister R1 eingestellt werden. Ohmsche Gesetz kann sich der Strom durch den heißen Draht zu der Brückenspannung verwendet werden. Jetzt, da unsere W konstant bleibt, können die Widerstand-Bedingungen in den Kalibrierkonstanten aufgenommen werden. Und die Geschwindigkeit als Funktion der Brückenspannung angegeben ist. Die Kalibrierkonstanten werden bestimmt, indem man das Anemometer in einem Referenz-Flow-System. Bei mehreren bekannten Strömungsgeschwindigkeiten Messungen vorzunehmen, dass eine kleinste Quadrate Regression durchgeführt werden kann. Die Vena Contracta von der Freistrahl fließt ein nützliches Nachschlagewerk, weil die mittlere Geschwindigkeit sich auch durch die Flüssigkeitsdichte und Druckdifferenz zeichnet. Jetzt, dass Sie verstehen, wie funktioniert das Hitzdraht-Anemometer, verwenden lassen Sie uns sehen wie experimentell das Gerät kalibriert werden kann die Vena Contracta von ein Freistrahl.

Bevor Sie Einrichtung beginnen, machen Sie sich mit dem Layout und Sicherheitsverfahren der Anlage. Die Flow-System besteht aus einem Plenum durch einen Radialventilator beaufschlagt. Ein Freistrahl-Formen aus dem Schlitz auf der Seite das Plenum und die Stapel auf der Oberseite ermöglicht den Plenum Druck angepasst werden, durch einschränkende Messblenden austauschen. Jetzt setup das Datenerfassungssystem, wie in der Abbildung im Text dargestellt. Die Druck auf die Registerkarte “Plenum” mit dem positiven Anschluss von der Drucksensor verbinden und den negativen Anschluss zur Atmosphäre offen lassen. Stellen Sie Kanal Null auf das Datenerfassungssystem der Brücke Spannung der Anemometer und Kanal 1, der Drucksensor. Legen Sie in der Datenerfassungs-Software der heiße Draht auf Null und Druck Wandler Kanal auf einen. Legen Sie abschließend die konstante N 0,45 und die Sampling-Rate bis zu 100 Hertz und der gesamten Stichproben auf 1000. Geben Sie die Werte für die lokalen luftdichte in der Wandler Kalibrierung konstant in die entsprechenden Felder, so dass das Datenerfassungssystem die Ergebnisse in Meter pro Sekunde meldet. Verwendung einer kalibrierten Abstand um die Spaltbreite auf 19,05 mm oder drei Viertel eines Zoll festgelegt. Und dann kleben Sie die hot-Wire Anemometer in der Strömung an der Position der Vena Contracta, die in einem Abstand von 1,5-Mal die Schlitzbreite aus der Öffnung ist. Suchen Sie das Anemometer und die Mittelebene des Strahls durch die Sonde in die Cross-Stream Richtung durchlaufen, bis das Signal auf dem Oszilloskop minimale Schwankungen zeigt. Decken Sie den Stapel komplett um die maximale Jet-Geschwindigkeit zu etablieren und schalten Sie dann die Fluss-Anlage. Verwenden Sie die Software, um einen Datenpunkt aufzuzeichnen. Nachdem die Messung abgeschlossen ist, Austauschen der Messblende für mit die kleinste Öffnung. Nehmen Sie eine weitere Messung mit der neuen Messblende. Weiterhin den Austausch von Messblenden und Messungen, bis Sie mindestens sechs Datenpunkte, die unter anderem mit den Stapel vollständig uneingeschränkten gesammelt haben. Die Kalibrierkonstanten von der Datenerfassungs-Software zu erholen.

Sobald Sie fertig sind, Daten zu sammeln, müssen Sie Spannungsmessungen von Brückenschaltungen, die eine Reihe von unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten entspricht. Plot der Spannung im Quadrat als eine Funktion der Geschwindigkeit potenziert mit 0,45. Und führen Sie dann eine lineare Anpassung der kleinsten Quadrate auf die Daten. Die Steigung und Achsenabschnitt von der Passform sind die Kalibrierung-Konstanten für diese Hitzdraht-Anemometer. Nun, da das Anemometer kalibriert wurde es in einem anderen Fluss-Setup lässt sich um eine unbekannte Geschwindigkeit zu messen.

Hot-Wire Anemometer werden häufig in wissenschaftlichen Strömung Experimente verwendet. Hot-Wire-Messung wird intensiv genutzt, Grenzschichtströmungen im Windkanal zu studieren. Grenzschichten sind eines der ältesten Themen der Forschung in der Strömungsmechanik aufgrund ihrer Bedeutung für technische Anwendungen wie Aerodynamik, Schiffsbautechnik und Stromerzeugung unter anderem. Zum Nachteil von all diesen Bereichen sind viele Effekte, die unter Einbeziehung der Grenzschicht noch leise verstanden. Sehr unregelmäßig Rauheit, Dichte und Viskosität Steigungen und Kompressibilität um einige zu nennen. In diesem Sinne dient zur Bewertung Grenzschichtströmungen relevant für die oben genannten Anwendungen heißen Draht Messung im Labor Einstellungen. Verwendung von Strategien der ähnlich in das aktuelle Experiment demonstriert. Industrielle Lüftungsanlagen werden verwendet, um die Dämpfe, Partikel, Aerosole, Verbrennungsprodukte oder anderen Schadstoffen in industriellen Umgebungen zu steuern. Im Allgemeinen wird jede Verunreinigung mit einer anderen Geschwindigkeit erzeugt. Daher erfordert das anstrengende System eine unterschiedliche Durchflussrate für jeden Schadstoff, sie effizient zu beseitigen. Dieses Verfahren erfolgt in der Regel mit Hilfe von ein Hitzdraht-Anemometer. Wobei der Ingenieur legt die Position des einen Dämpfer in jeder Zeile, zu der Lesung des Anemometers einen vorab geschätzten Velocity-Wert übereinstimmen.

Sie habe nur Jupiters Einführung in die heiße Draht Messung beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen, wie eine konstante Temperatur Windmesser funktioniert und wie man dieses Gerät für den Einsatz in Fluss Experimente zu kalibrieren. Danke fürs Zuschauen.

Results

Die experimentelle Messungen sind in Tabelle 2 aufgeführt und in Abbildung 5dargestellt. Eine lineare Regression dieser Daten ergab folgende Ergebnis für die Gleichung (6):

(9)

Die verwendet werden können, um die Geschwindigkeit als Funktion der Spannung zu bestimmen:

(10)

Tabelle 2: Repräsentative Ergebnisse. Messungen von Spannung Platz und Geschwindigkeit an die Vena Contracta mit 0,45.

V_VC ^ 0,45	E ^ 2
3.119	12.584
3.919	14.425
4.143	14.946
4.278	15.256
4.465	15.679

Abbildung 5 . Heiß-trug Anemometer der Eichkurve. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Applications and Summary

Angesichts der Tatsache, dass Turbulenzen Hochfrequenz Geschwindigkeit Schwankungen aufweist, Hitzdraht-Anemometer sind geeignete Instrumente für die Charakterisierung aufgrund ihrer hohen Zeitauflösung. Im vorliegenden Experiment bewiesen wir den Prozess der Kalibrierung ein Hitzdraht-Anemometer. Zu diesem Zweck haben wir das Spannungssignal des Anemometers mit bekannten Werten der Geschwindigkeit an die Vena Contracta eines gut charakterisierten Jet verglichen. Diese Messungen wurden verwendet, um die Kalibrierung-Konstanten für die lineare Reaktion des Anemometers zu bestimmen.

Hitzdraht-Messung ist in wissenschaftlichen Studien von Grenzschichtströmungen in Windkanälen intensiv genutzt. Grenzschicht ist eines der ältesten Themen der Forschung in der Strömungsmechanik aufgrund ihrer Relevanz für technologische Anwendungen wie Aerodynamik, Schiffsbautechnik, Stromerzeugung, unter anderem. Zum Nachteil von all diesen Bereichen sind viele Effekte, die unter Einbeziehung der Grenzschicht noch leise verstanden: sehr unregelmäßig Rauheit, Dichte und Viskosität Farbverläufe und Kompressibilität, um nur einige zu nennen. Mit diesem Hintergrund Hitzdraht-Messung dient im Labor Einstellungen zur Bewertung Grenzschichtströmungen relevant für die oben genannten Anwendungen, Strategien ähnlich wie in das aktuelle Experiment demonstriert.

References

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Munson, B.R., D.F. Young, T.H. Okiishi. Fundamentals of Fluid Mechanics. 5^th ed., Wiley, 2006.
Buckingham, E. Note on contraction coefficients of jets of gas. Journal of Research, 6:765-775, 1931.

Transcript

Hot wire anemometry is a common experimental technique for measuring fluid velocity during flow tests. Velocity is often an important parameter of the flow to characterize. But as with many flow properties, it is challenging to measure without impacting the experiment. Measurement of turbulent flows adds an additional complication, since the velocity can fluctuate rapidly in this regime. Hot wire anemometers are a successful diagnostic because they can be made very small so as to minimize their impact on the measured flow. And they have a fast enough time response to resolve rapid velocity fluctuations in the flow. This video will illustrate how a hot wire anemometer works in the constant temperature configuration. And then show how these devices are calibrated in preparation for their use in flow experiments.

In its simplest form, a hot wire anemometer consists of a short resistive wire suspended between two supports and placed in the flow of interest. The wire is electrically heated to a temperature well above the ambient fluid temperature such that the heat generated counteracts the heat lost from convective cooling. Since the convective cooling rate depends on the velocity of the fluid, a relation between the electrical power into the anemometer and the flow velocity can be defined. Joule heating of the wire is the product of the wire resistance and the square of the electric current. For most materials, the resistance is temperature dependent and is well approximated by a linear relationships, where the constant alpha is specified by the wire material. The convective cooling can be modeled using King’s Law. In this equation A and B are constants to be determined during calibration. And the exponent of the velocity N is typically around 0.45. At steady state, heating and cooling are balanced. But determining the instantaneous input power depends on knowing both the resistance and current simultaneously. One strategy known as Constant-Temperature Anemometry is to supply only enough current to keep the temperature and hence the resistance of the wire constant. This is accomplished using a Wheatstone Bridge with the hot wire serving as one leg of the bridge circuit. The bridge can be thought of as two voltage dividers in parallel, and the difference in their outputs is the bridge voltage. If the ratios are one to R2 and RW to R3 are equal, the bridge is balanced and the bridge voltage is zero. Otherwise, the bridge voltage is amplified and used as a feedback signal. Current will then flow through the hot wire, heating it until the bridge is brought into balance. The baseline temperature of the hot wire can be set by adjusting the control resister R1. Ohm’s Law can be used to relate the current flowing through the hot wire to the bridge voltage. Now, since our W is held constant, the resistance terms can be absorbed into the calibration constants. And the velocity is specified as a function of the bridge voltage. The calibration constants are determined by placing the anemometer in a reference flow system. Measurements must be taken at several known flow velocities so that a least squares regression can be performed. The vena contracta of the free jet is a useful reference flow because the mean velocity is well characterized by the fluid density and pressure differential. Now that you understand how the hot wire anemometer works, let’s see how the device can be calibrated experimentally using the vena contracta of a free jet.

Before you begin setting up, familiarize yourself with the layout and safety procedures of the facility. The flow system consists of a plenum pressurized by a centrifugal fan. A free jet forms from the slit on the side of the plenum and the stack on the top allows the plenum pressure to be adjusted by swapping restricting orifice plates. Now setup the data acquisition system as shown in the diagram in the text. Connect the plenum pressure tab to the positive port of the pressure transducer and leave the negative port open to the atmosphere. Set channel zero on the data acquisition system to the bridge voltage of the anemometer and channel one to the pressure transducer. In the data acquisition software, set the hot wire channel to zero and the pressure transducer channel to one. Finally, set the constant N to 0.45 and the sampling rate to 100 Hertz and the total samples to 1000. Enter the values for the local air density in the transducer calibration constant in the appropriate fields so that the data acquisition system reports the results in meters per second. Use a calibrated spaced to set the slit width to 19.05 millimeters or three quarters of an inch. And then affix the hot wire anemometer in the flow at the position of the vena contracta which is at a distance of 1.5 times the slit width from the opening. Locate the anemometer and the mid plane of the jet by traversing the probe in the cross stream direction until the signal on the oscilloscope shows minimal fluctuations. Now cover the stack completely to establish the maximum jet velocity and then turn on the flow facility. Use the software to record a data point. After the measurement is complete, exchange the orifice plate for one with the smallest opening. Take another measurement with the new orifice plate. Continue exchanging orifice plates and taking measurements until you have collected at least six data points including one with the stack fully unrestricted. Recover the calibration constants from the data acquisition software.

Once you have finished collecting data, you will have voltage measurements from the bridge circuits corresponding to a range of different flow velocities. Plot the voltage squared as a function of velocity raised to the power 0.45. And then perform a least squares linear fit to the data. The slope and intercept from the fit are the calibration constants for this hot wire anemometer. Now that the anemometer has been calibrated it can be used in a different flow setup to measure an unknown velocity.

Hot wire anemometers are frequently used in scientific flow experiments. Hot wire anemometry is extensively used to study boundary layer flows in wind tunnels. Boundary layers are one of the oldest subjects of research in fluid mechanics due to their relevance to technological applications such as aerodynamic design, naval engineering, and power generation among others. To the detriment of all these fields, many effects involving the boundary layer are still incipiently understood. Highly irregular roughness, density and viscosity gradients and compressibility to mention a few. With this in mind, hot wire anemometry is used in laboratory settings to assess boundary layer flows relevant to the above mentioned applications. Using strategies similar to the one demonstrated in the current experiment. Industrial ventilation systems are used to control fumes, particulates, aerosols, combustion products or other contaminants in industrial settings. Commonly, each contaminant will be generated at a different rate. Hence, the exhausting system will require a different flow rate for each contaminant to eliminate them efficiently. This procedure is typically carried out with the help of a hot wire anemometer. Wherein the engineer sets the position of a damper in each line, seeking to make the reading of the anemometer match a pre-estimated velocity value.

You’ve just watched Jove’s introduction to hot wire anemometry. You should now understand how a constant temperature anemometer works, and how to calibrate this device for use in flow experiments. Thanks for watching.

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