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Hot-Wire-Messung

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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.

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