Anemometria o stałej temperaturze: narzędzie do badania turbulentnego przepływu warstwy granicznej

1. Dynamiczne wyznaczanie odpowiedzi systemu gorącego drutu

Celem tej procedury jest zrozumienie, jak szybko system anemometru może reagować na zmiany sygnału przepływu. Ta zdolność jest mierzona poprzez pomiar odpowiedzi częstotliwościowej, gdy sygnał włącza się i wyłącza, stosując falę prostokątną.

1. Zabezpiecz sondę gorącego drutu systemu CTA wewnątrz tunelu aerodynamicznego za pomocą wału wsporczego.
2. Ustaw zasilacz prądu stałego, generator sygnału i oscyloskop i podłącz je, jak pokazano na rysunku 2(a). Generator sygnału dostarcza falę prostokątną wejściową do mostka Wheatstone'a, a przebieg wyjściowy jest wizualizowany na oscyloskopie.
3. Włącz zasilanie gorącym drutem, oscyloskop i generator sygnału.
4. Ustaw generator sygnału tak, aby wyprowadzał falę prostokątną o amplitudzie 150 mV i częstotliwości 10 kHz.
5. Obserwuj sygnał wyjściowy w oscyloskopie, aby upewnić się, że częstotliwość i amplituda fali wyjściowej są prawidłowe.
6. Zamknij sekcję testową i podłącz port szeregowy. Włącz tunel aerodynamiczny i ustaw prędkość lotu na 40 mil na godzinę.
7. Gdy przepływ powietrza się ustabilizuje, zmierz szerokość przeregulowania sygnału, τ, z oscyloskopu. Zobacz rysunek 3, aby zapoznać się z definicją τ.
8. Użyj zmierzonej wartości τ, aby uzyskać częstotliwość odcięcia systemu gorącego drutu za pomocą równania: f_cut = 1/1,5τ.
9. Wyłącz tunel aerodynamiczny.

2. Kalibracja gorącym drutem

Celem tej procedury jest ustalenie korelacji między prędkością lotu a potencjałem elektrycznym mostu Wheatstone'a. Pozwala to na pomiar prędkości przepływu.

1. Ustaw sondę z gorącym drutem w pozycji pionowej tak, aby znajdowała się wystarczająco daleko od płaskiej płyty, którą w tym przypadku jest podłoga tunelu aerodynamicznego, tak aby znajdowała się w obszarze swobodnego strumienia.
2. Uruchom oprogramowanie sterujące tunelem aerodynamicznym.
3. Otwórz oprogramowanie instrumentu wirtualnego i ustaw częstotliwość próbkowania na 10 kHz, a liczbę próbek na 100 000. Parametry te są określane na podstawie charakterystyki przepływu pola przepływu, które ma być mierzone, i mogą się różnić w zależności od znajomości wymogu konwergencji zawartego w docelowych statystykach.
4. Ustaw prędkość w tunelu aerodynamicznym na 0 mil na godzinę i zapisz napięcie na moście Wheatstone'a.
5. Zwiększ prędkość powietrza w tunelu aerodynamicznym w krokach od 3 mil na godzinę do 15 mil na godzinę. Poczekaj, aż przepływ ustabilizuje się przy każdej prędkości powietrza przed pomiarem napięcia.
6. Zwiększ prędkość powietrza w tunelu aerodynamicznym w krokach od 5 mil na godzinę do 60 mil na godzinę i zmierz napięcie przy każdym kroku.
7. Po zakończeniu wszystkich pomiarów zmniejsz przepływ powietrza do 30 mil na godzinę, a następnie wyłącz tunel aerodynamiczny.

Rysunek 3. Schemat szerokości przeregulowania sygnału, τ obserwowanej na oscyloskopie podczas testu fali prostokątnej.

3. Pomiar warstwy granicznej

1. Korzystając z tej samej konfiguracji, co w poprzedniej sekcji eksperymentalnej, powoli opuść sondę z gorącym drutem, aż dotknie podłogi sekcji testowej, która będzie działać jak płaska płyta.
2. Włącz tunel aerodynamiczny i ustaw prędkość lotu na 40 mil na godzinę, częstotliwość próbkowania na 10 kHz, a liczbę próbek na 100 000, jak poprzednio.
3. Zapisz odczyt napięcia przy najniższym ustawieniu pionowym, które znajduje się obok płaskiej płyty i w warstwie granicznej.
4. Przesuń sondę w pionie, zwiększając wysokość w krokach co 0,05 mm do wysokości 0,50 mm i zapisz odczyt napięcia w pozycji pionowej.
5. Zwiększ wysokość sondy w krokach co 0,10 mm do wysokości 1,50 mm i zapisz odczyt napięcia w pozycji pionowej.
6. Zwiększ wysokość sondy w krokach co 0,25 mm aż do końcowej wysokości 4,00 mm i zapisz odczyt napięcia w pozycji pionowej.
7. Po zakończeniu wszystkich pomiarów zmniejsz prędkość powietrza do 20 mil na godzinę, a następnie wyłącz tunel aerodynamiczny, CTA, zasilacz, oscyloskop i generator funkcyjny.