Постоянная температурная анемометрия: инструмент для изучения турбулентного течения в пограничном слое

1. Определение динамической реакции системы горячего провода

Цель этой процедуры — понять, насколько быстро система анемометра может реагировать на изменения сигнала потока. Эта способность измеряется путем измерения частотной характеристики при включении и выключении сигнала с помощью прямоугольной волны.

1. Закрепите щуп с горячей проволокой системы CTA внутри аэродинамической трубы с помощью опорной шахты.
2. Настройте источник питания постоянного тока, генератор сигналов и осциллограф и подключите их, как показано на рисунке 2(а). Генератор сигналов подает на вход прямоугольной волны на мост Уитстона, а форма выходного сигнала визуализируется на осциллографе.
3. Включите блок питания по горячему проводу, осциллограф и генератор сигналов.
4. Настройте генератор сигналов на вывод прямоугольной волны с амплитудой 150 мВ и частотой 10 кГц.
5. Наблюдайте за выходным сигналом в осциллографе, чтобы убедиться в правильности частоты и амплитуды формы выходного сигнала.
6. Закройте тестовый участок и подключите последовательный порт. Включите аэродинамическую трубу и установите скорость полета на 40 миль в час.
7. Как только воздушный поток стабилизируется, измерьте ширину выброса сигнала τ с помощью осциллографа. На рисунке 3 приведено определение τ.
8. Используйте измеренное значение τ, чтобы получить частоту среза системы горячего провода с помощью уравнения: f_cut = 1/1.5τ.
9. Выключите аэродинамическую трубу.

2. Калибровка горячего провода

Целью данной процедуры является установление корреляции между скоростью полета и электрическим потенциалом моста Уитстона. Это позволяет измерить скорость потока.

1. Отрегулируйте щуп с горячей проволокой в вертикальное положение так, чтобы он находился на достаточном расстоянии от плоской пластины, которая в данном случае является дном аэродинамической трубы, чтобы он находился в области свободного потока.
2. Запустите программное обеспечение для управления аэродинамической трубой.
3. Откройте программное обеспечение виртуального прибора и установите частоту дискретизации на 10 кГц, а количество выборок на 100 000. Эти параметры определяются характеристиками потока измеряемого поля потока и могут изменяться в зависимости от знания требований к сходимости целевой статистики.
4. Установите скорость в аэродинамической трубе на 0 миль в час и запишите напряжение на мосту Уитстона.
5. Увеличьте скорость воздуха в аэродинамической трубе с шагом от 3 миль в час до 15 миль в час. Перед измерением напряжения дайте потоку стабилизироваться при каждой скорости воздуха.
6. Увеличьте скорость воздуха в аэродинамической трубе с шагом от 5 миль в час до 60 миль в час и измеряйте напряжение с каждым шагом.
7. Когда все измерения будут завершены, уменьшите поток воздуха до 30 миль в час, а затем выключите аэродинамическую трубу.

Рисунок 3. Схема ширины выброса сигнала τ, наблюдаемая на осциллографе во время испытания прямоугольной волной.

3. Обследование пограничного слоя

1. Используя ту же установку, что и на предыдущем экспериментальном участке, медленно опускайте щуп с горячей проволокой, пока он не коснется пола испытательного участка, который будет действовать как плоская пластина.
2. Включите аэродинамическую трубу и установите скорость полета на 40 миль в час, частоту дискретизации на 10 кГц и количество сэмплов на 100 000, как и раньше.
3. Запишите показания напряжения на самом низком вертикальном уровне, который находится рядом с плоской пластиной и в пограничном слое.
4. Переместите щуп вертикально, увеличивая высоту с шагом 0,05 мм до высоты 0,50 мм, и запишите показания напряжения в вертикальном положении.
5. Увеличьте высоту щупа с шагом 0,10 мм до высоты 1,50 мм и запишите показания напряжения в вертикальном положении.
6. Увеличивайте высоту щупа с шагом 0,25 мм до конечной высоты 4,00 мм и записывайте показания напряжения в вертикальном положении.
7. Когда все измерения будут завершены, уменьшите скорость воздуха до 20 миль в час, а затем выключите аэродинамическую трубу, CTA, источник питания, осциллограф и генератор функций.