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Anemometría de hilo caliente

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Anemometría de hilo caliente es una técnica experimental común para medir velocidad del fluido durante pruebas de flujo. Velocidad es a menudo un parámetro importante del flujo para caracterizar. Pero como con muchas propiedades de flujo, es un reto para medir sin afectar el experimento. Medición de los flujos turbulentos de agrega una complicación adicional, ya que la velocidad puede variar rápidamente en este régimen. Anemómetros de hilo caliente son un diagnóstico acertado porque pueden hacerse muy pequeñas para reducir al mínimo su impacto en el flujo medido. Y tienen una respuesta de tiempo lo suficientemente rápido como para resolver las fluctuaciones de velocidad rápida en el flujo. Este video ilustrará cómo funciona un anemómetro caliente del alambre en la configuración de temperatura constante. Y a continuación, mostrar cómo estos dispositivos son calibrados en preparación para su uso en experimentos de flujo.

En su forma más simple, un anemómetro caliente del alambre consiste en un corto alambre resistivo suspendida entre dos soportes y colocado en el flujo de interés. El alambre es calentado eléctricamente a una temperatura muy por encima de la temperatura ambiente del fluido tal que el calor generado contrarresta el pérdida de enfriamiento convectivo de calor. Puesto que la velocidad de enfriamiento convectiva depende de la velocidad del fluido, puede definirse una relación entre la energía eléctrica en el anemómetro y la velocidad de flujo. Julio de calefacción del alambre es el producto de la resistencia del alambre y el cuadrado de la corriente eléctrica. Para la mayoría de los materiales, la resistencia es dependiente de la temperatura y se aproxima bien por una relación lineal, donde se especifica la constante alfa por el material del alambre. El enfriamiento convectivo puede ser modelado usando la ley del rey. En esta ecuación A y B son constantes a determinar durante la calibración. Y el exponente de la velocidad N es típicamente alrededor de 0.45. En estado estacionario, calefacción y refrigeración están equilibrados. Pero determinar la potencia instantánea de entrada depende de saber la resistencia y la corriente al mismo tiempo. Una estrategia conocida como anemometría de temperatura constante es sólo suficiente corriente para mantener la temperatura y por lo tanto la resistencia de la constante del alambre. Esto se logra mediante un puente de Wheatstone con el hilo que sirve como una etapa del circuito puente. El puente puede ser considerado como dos divisores de voltaje en paralelo, y la diferencia en sus productos es la tensión de puente. Si la relación es a R2 y RW a R3 son iguales, el puente es equilibrado y la tensión de puente es cero. De lo contrario, la tensión de puente se amplifica y se utiliza como una señal de retroalimentación. Corriente entonces fluirá a través del alambre caliente, calentándolo hasta que el puente está en equilibrio. La temperatura de referencia de alambre caliente se puede establecer mediante el ajuste de la resistencia de control R1. Ley de Ohm se puede utilizar para relacionar la corriente que fluye a través del alambre caliente a la tensión de puente. Ahora, desde nuestra W es constante, los términos de la resistencia pueden ser absorbidos por las constantes de calibración. Y la velocidad se especifica como una función de la tensión de puente. Las constantes de calibración se determinan colocando el anemómetro en un sistema de flujo de referencia. Las mediciones se debe a varias velocidades de flujo conocido por lo que se puede realizar una regresión de mínimos cuadrados. La vena contracta del chorro libre es un flujo de referencia ya que la velocidad media también se caracteriza por la densidad del fluido y la presión diferencial. Ahora que entiendes cómo funciona el anemómetro de alambre caliente, vamos a ver cómo se puede calibrar el dispositivo experimental utilizando la vena contracta de un chorro libre.

Antes de comenzar la instalación, familiarícese con los procedimientos de diseño y seguridad de la instalación. El sistema de flujo consiste en una cámara presurizada por un ventilador centrífugo. La forma de un chorro libre de la ranura en el lado de la cámara y la pila en la parte superior permite la presión plenum ajustarse mediante el canje de placas de orificio de restricción. Ahora configurar el sistema de adquisición de datos como se muestra en el diagrama en el texto. Conecte la ficha de presión plenum al puerto positivo del transductor de presión y deje el puerto negativa abierta a la atmósfera. Establece canal cero en el sistema de adquisición de datos para la tensión de puente del anemómetro y canal uno en el transductor de presión. En el software de adquisición de datos, establecer el canal de cable caliente a cero y el canal de transductor de presión en uno. Por último, establecer la constante N a 0.45 y a 100 Hertz la velocidad de muestreo y las muestras total a 1000. Introduzca los valores para la densidad local del aire en la constante de calibración del transductor en los campos correspondientes para que el sistema de adquisición de datos informa de los resultados en metros por segundo. Uso un calibrado espaciados para ajustar la anchura de la rendija a 19,05 milímetros o tres cuartos de pulgada. Y luego colocar el anemómetro caliente del alambre en el flujo en la posición de la vena contracta que es a una distancia de 1.5 veces el corte ancho de la abertura. Localice el anemómetro y el plano medio del jet por atravesar la sonda en la dirección transversal de la corriente hasta que la señal en el osciloscopio muestra fluctuaciones mínimas. Ahora cubrir la pila completamente para establecer la velocidad del chorro máximo y girar en la facilidad de flujo. Utilice el software para grabar un punto de datos. Después de que la medición esté completa, cambiar la placa de orificio por uno con la abertura más pequeña. Tomar otra medida con la nueva placa de orificio. Continuar el intercambio de placas de orificio y tomando medidas hasta que han recogido al menos seis puntos uno de ellos con la pila completamente sin restricciones. Recuperar las constantes de calibración del software de adquisición de datos.

Una vez que haya terminado de recopilar datos, tienes las medidas de voltaje de los circuitos de puente correspondientes a una gama de velocidades de flujo diferentes. Trazar el voltaje al cuadrado en función de la velocidad elevada a la potencia 0.45. Y a continuación, realice un ajuste lineal de mínimos cuadrados a los datos. La pendiente y la intercepción de la fit son las constantes de calibración para este anemómetro caliente del alambre. Ahora que se ha calibrado el anemómetro puede utilizarse en una configuración de flujo diferentes para medir una velocidad desconocida.

Anemómetros de hilo caliente se utilizan con frecuencia en experimentos científicos de flujo. Anemometría de hilo caliente se utiliza ampliamente para estudiar la capa límite los flujos en túneles de viento. Capas límite son uno de los más antiguos temas de investigación en mecánica de fluidos debido a su importancia para aplicaciones tecnológicas tales como aerodinámica, ingeniería naval y generación de energía entre otros. En detrimento de todos estos campos, muchos efectos que involucran la capa límite se entienden todavía incipiente. Rugosidad muy irregular, gradientes de densidad y viscosidad y la compresibilidad por mencionar algunos. Con esto en mente, anemometría de hilo caliente se utiliza en el laboratorio para evaluar la capa límite los flujos relevantes para las aplicaciones mencionadas. Utilizando estrategias similares al que demostró en el experimento actual. Sistemas de ventilación industrial se utilizan para controlar los gases, partículas, aerosoles, humos u otros contaminantes en ajustes industriales. Comúnmente, cada contaminante se genera a un ritmo diferente. Por lo tanto, el sistema de extracción requerirá un flujo diferente para cada contaminante a eliminarlos eficientemente. Este procedimiento normalmente se lleva a cabo con la ayuda de un anemómetro de alambre caliente. En donde el ingeniero establece la posición de un amortiguador en cada línea, tratando de hacer la lectura del anemómetro coincide con un valor de velocidad previamente estimado.

Sólo ha visto la introducción de Zeus a la caliente anemometría de hilo. Ahora debe comprender el funcionamiento de un anemómetro de temperatura constante y cómo calibrar este dispositivo para su uso en experimentos de flujo. Gracias por ver.

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