$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Anemometria gorącego drutu jest powszechną techniką eksperymentalną do pomiaru prędkości płynu podczas testów przepływu. Prędkość jest często ważnym parametrem przepływu do scharakteryzowania. Jednak, podobnie jak w przypadku wielu właściwości przepływu, trudno jest go zmierzyć bez wpływu na eksperyment. Pomiar przepływów turbulentnych dodatkowo komplikuje sprawę, ponieważ w tym reżimie prędkość może ulegać gwałtownym wahaniom. Anemometry z gorącym drutem są skuteczną diagnostyką, ponieważ mogą być bardzo małe, aby zminimalizować ich wpływ na mierzony przepływ. I mają wystarczająco szybką reakcję czasową, aby rozwiązać gwałtowne wahania prędkości w przepływie. Ten film zilustruje, jak działa anemometr z gorącym drutem w konfiguracji stałej temperatury. A następnie pokaż, jak te urządzenia są kalibrowane, przygotowując je do użycia w eksperymentach przepływowych.
W swojej najprostszej formie anemometr z gorącym drutem składa się z krótkiego drutu rezystancyjnego zawieszonego między dwoma wspornikami i umieszczonego w strumieniu zainteresowania. Drut jest podgrzewany elektrycznie do temperatury znacznie wyższej od temperatury otoczenia płynu, dzięki czemu wytwarzane ciepło przeciwdziała ciepłu traconemu przez chłodzenie konwekcyjne. Ponieważ szybkość chłodzenia konwekcyjnego zależy od prędkości płynu, można określić zależność między mocą elektryczną docierającą do anemometru a prędkością przepływu. Nagrzewanie drutu w dżulach jest iloczynem rezystancji drutu i kwadratu prądu elektrycznego. W przypadku większości materiałów rezystancja jest zależna od temperatury i jest dobrze przybliżona przez zależności liniowe, w których stała alfa jest określona przez materiał drutu. Chłodzenie konwekcyjne można modelować za pomocą prawa Kinga. W tym równaniu A i B są stałymi, które należy wyznaczyć podczas kalibracji. A wykładnik prędkości N wynosi zwykle około 0,45. W stanie ustalonym ogrzewanie i chłodzenie są zrównoważone. Ale określenie chwilowej mocy wejściowej zależy od jednoczesnej znajomości zarówno rezystancji, jak i prądu. Jedną ze strategii znanych jako anemometria o stałej temperaturze jest dostarczanie tylko tyle prądu, aby utrzymać stałą temperaturę, a tym samym rezystancję drutu. Osiąga się to za pomocą mostu Wheatstone'a, w którym gorący drut służy jako jedna noga obwodu mostka. Mostek można traktować jako dwa dzielniki napięcia połączone równolegle, a różnica w ich wyjściach to napięcie mostka. Jeśli proporcje wynoszą jeden do R2 i RW do R3 są równe, mostek jest zrównoważony, a napięcie mostka wynosi zero. W przeciwnym razie napięcie mostka jest wzmacniane i wykorzystywane jako sygnał sprzężenia zwrotnego. Prąd będzie wtedy przepływał przez gorący drut, podgrzewając go, aż mostek zostanie doprowadzony do równowagi. Temperaturę bazową gorącego drutu można ustawić, regulując rezystor sterujący R1. Prawo Ohma można wykorzystać do powiązania prądu płynącego przez gorący drut z napięciem mostka. Teraz, ponieważ nasze W jest utrzymywane na stałe, składniki rezystancji mogą zostać wchłonięte przez stałe kalibracyjne. A prędkość jest określona jako funkcja napięcia mostka. Stałe kalibracji są określane przez umieszczenie anemometru w referencyjnym układzie przepływu. Pomiary muszą być wykonywane przy kilku znanych prędkościach przepływu, aby można było przeprowadzić regresję metodą najmniejszych kwadratów. Żyła skurczowa swobodnego strumienia jest użytecznym przepływem odniesienia, ponieważ średnia prędkość jest dobrze scharakteryzowana przez gęstość płynu i różnicę ciśnień. Teraz, gdy rozumiesz, jak działa anemometr z gorącym drutem, zobaczmy, jak urządzenie można skalibrować eksperymentalnie za pomocą żyły skurczowej swobodnego strumienia.
Zanim zaczniesz ustawiać, zapoznaj się z układem i procedurami bezpieczeństwa w obiekcie. System przepływu składa się z komory pod ciśnieniem przez wentylator odśrodkowy. Swobodny strumień tworzy się ze szczeliny z boku komory, a komin na górze umożliwia regulację ciśnienia w komorze poprzez wymianę ograniczających płyt kryzowych. Teraz skonfiguruj system akwizycji danych, jak pokazano na schemacie w tekście. Podłącz klapkę ciśnienia w komorze do dodatniego portu przetwornika ciśnienia i pozostaw ujemny port otwarty na atmosferę. Ustaw kanał zerowy w systemie akwizycji danych na napięcie mostka anemometru i kanał pierwszy na przetwornik ciśnienia. W oprogramowaniu do akwizycji danych ustaw kanał gorącego drutu na zero, a kanał przetwornika ciśnienia na jeden. Na koniec ustaw stałą N na 0,45, a częstotliwość próbkowania na 100 Hz, a łączną liczbę próbek na 1000. Wprowadź wartości lokalnej gęstości powietrza w stałej kalibracji przetwornika w odpowiednich polach, aby system akwizycji danych raportował wyniki w metrach na sekundę. Użyj skalibrowanego odstępu, aby ustawić szerokość szczeliny na 19.05 milimetra lub trzy czwarte cala. A następnie umieść anemometr z gorącego drutu w przepływie w miejscu żyły skurczowej, która znajduje się w odległości 1,5-krotności szerokości szczeliny od otworu. Zlokalizuj anemometr i środkową płaszczyznę strumienia, przesuwając sondę w kierunku strumienia poprzecznego, aż sygnał na oscyloskopie wykaże minimalne wahania. Teraz całkowicie przykryj komin, aby ustalić maksymalną prędkość strumienia, a następnie włącz urządzenie przepływowe. Użyj oprogramowania, aby zarejestrować punkt danych. Po zakończeniu pomiaru wymień kryzę na taką, która ma najmniejszy otwór. Wykonaj kolejny pomiar za pomocą nowej kryzy. Kontynuuj wymianę kryz i wykonywanie pomiarów, aż zbierzesz co najmniej sześć punktów danych, w tym jeden z całkowicie nieograniczonym stosem. Odzyskaj stałe kalibracji z oprogramowania do akwizycji danych.
Po zakończeniu zbierania danych otrzymasz pomiary napięcia z obwodów mostka odpowiadające zakresowi różnych prędkości przepływu. Wykreśl napięcie podniesione do kwadratu w funkcji prędkości podniesionej do potęgi 0,45. A następnie wykonaj liniowe dopasowanie metodą najmniejszych kwadratów do danych. Nachylenie i punkt przecięcia od pasowania są stałymi kalibracyjnymi dla tego anemometru z gorącym drutem. Teraz, gdy anemometr został skalibrowany, może być używany w innym układzie przepływu do pomiaru nieznanej prędkości.
Anemometry z gorącym drutem są często używane w naukowych eksperymentach przepływowych. Anemometria gorącego drutu jest szeroko stosowana do badania przepływów warstw granicznych w tunelach aerodynamicznych. Warstwy graniczne są jednym z najstarszych przedmiotów badań w dziedzinie mechaniki płynów ze względu na ich znaczenie dla zastosowań technologicznych, takich jak między innymi projektowanie aerodynamiczne, inżynieria morska i wytwarzanie energii. Na niekorzyść wszystkich tych dziedzin, wiele efektów związanych z warstwą graniczną jest wciąż w początkowej fazie rozumienia. Bardzo nieregularna chropowatość, gradienty gęstości i lepkości oraz ściśliwość, by wymienić tylko kilka. Mając to na uwadze, anemometria gorącego drutu jest stosowana w warunkach laboratoryjnych do oceny przepływów warstw granicznych istotnych dla wyżej wymienionych zastosowań. Stosowanie strategii podobnych do tej zademonstrowanej w obecnym eksperymencie. Przemysłowe systemy wentylacyjne służą do kontroli oparów, cząstek stałych, aerozoli, produktów spalania lub innych zanieczyszczeń w warunkach przemysłowych. Zazwyczaj każde zanieczyszczenie będzie generowane w innym tempie. W związku z tym układ wydechowy będzie wymagał innego natężenia przepływu dla każdego zanieczyszczenia, aby skutecznie je wyeliminować. Ta procedura jest zwykle przeprowadzana za pomocą anemometru z gorącym drutem. W którym inżynier ustawia położenie przepustnicy w każdej linii, starając się, aby odczyt anemometru odpowiadał wcześniej oszacowanej wartości prędkości.
Właśnie obejrzałeś wprowadzenie Jowisza do anemometrii gorącego drutu. Powinieneś teraz zrozumieć, jak działa anemometr o stałej temperaturze i jak skalibrować to urządzenie do użytku w eksperymentach przepływowych. Dzięki za oglądanie.
). 
; zgodnie z równaniem (7). 
na 0,45. 