微風(fēng)速下熱線風(fēng)速儀校準(zhǔn)方法的研究

發(fā)布時間：2020-07-27 08:29

【摘要】：微風(fēng)速(0.1~1)m/s)是科研及生產(chǎn)工藝過程中的重要參量,在電子工廠、環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中有著重要的需求和應(yīng)用。能否準(zhǔn)確測量微風(fēng)速及其流場是控制工藝過程及環(huán)境潔凈度的關(guān)鍵。長期以來微風(fēng)速的測量和校準(zhǔn)并未得到完善的解決,微風(fēng)測量儀器的準(zhǔn)確度水平也受到了質(zhì)疑。目前用于微風(fēng)速流場測量的儀器有:熱線風(fēng)速儀(以下簡稱熱線)、超聲波測速儀、激光多普勒測速儀、粒子成像測速儀等測量儀器。相比其他測量儀器,熱線具有發(fā)展時期長,體積小,熱慣性小、頻率響應(yīng)寬、靈敏度高等優(yōu)點,因此,熱線被廣泛的應(yīng)用于微風(fēng)速的測量。為了得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果,需要對熱線進行校準(zhǔn)。本文設(shè)計并建立了一套基于相對法原理的微風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)裝置。裝置的主要構(gòu)成包括83m直線導(dǎo)軌及可在導(dǎo)軌上氣浮運行的滑車。被校準(zhǔn)的熱線被安裝固定在滑車上。在地下氣流滯止的環(huán)境中,當(dāng)滑車運行時,熱線對微風(fēng)速的測量值被認(rèn)為近似等于滑車的運行速度。通過測量滑車實際運行速度及熱線的輸出信號即可實現(xiàn)熱線的校準(zhǔn)�；谏鲜鲅b置及校準(zhǔn)方法,本文實現(xiàn)了熱線在微風(fēng)速下的校準(zhǔn),并對實驗過程中的影響因素進行了分析和實驗研究。主要包括:(1)自然對流的影響研究。對流換熱是由自然對流和強迫對流兩過程復(fù)合的結(jié)果,論文通過實驗對自然對流的影響進行了評估;(2)安裝偏角的影響研究。熱線在測量過程中熱線探針需要正對來流方向,但在實際過程中探針往往和來流方向成一定角度,因此需要對熱線探針的角度效應(yīng)進行研究;(3)二次流的影響研究。實驗過程中氣浮滑車在測量行程以及在返程過程中會擾動流場,為了減少或者消除二次流的影響,因此需要等待一段時間;為了評估這些影響進行了實驗研究;(4)對熱線校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度進行了分析和評估。此外,本文還針對應(yīng)用激光多普勒測速儀(Laser Doppler velocimetry,以下簡稱LDV)在低速風(fēng)洞中校準(zhǔn)恒溫型線熱線的校準(zhǔn)方法開展了深入詳盡的實驗研究,主要內(nèi)容包括:(1)熱線探針繞流影響研究。在基于LDV校準(zhǔn)熱線的實驗中,熱線探針附近繞流,流場軸線上的速度分布偏差以及粒子對熱線探針的污染都會影響校準(zhǔn)結(jié)果。為了評估或修正這些影響進行了實驗研究。通過實驗研究發(fā)現(xiàn):熱線探針對流場的干擾會影響校準(zhǔn)結(jié)果,在校準(zhǔn)時需要找到LDV合理的測量位置;(2)流場軸線速度偏差的修正。通過LDV的測量實現(xiàn)了實驗段流場軸線上速度分布偏差的修正;(3)采用防污染罩的方式避免了粒子污染探針的影響;(4)對熱線的校準(zhǔn)不確定度進行了評估。不同校準(zhǔn)方法的結(jié)果表明:微風(fēng)速流場中熱線在不同的校準(zhǔn)方法下所得到的校準(zhǔn)結(jié)果不同,通過分析發(fā)現(xiàn)了環(huán)境溫度對熱線校準(zhǔn)結(jié)果的影響,依據(jù)經(jīng)典溫度公式對熱線的輸出結(jié)果進行了修正,修正之后得到了不確定度允許范圍的校準(zhǔn)結(jié)果,不同校準(zhǔn)方法的結(jié)果的一致性得到了驗證。
【學(xué)位授予單位】：河北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH815
【圖文】：

示意圖,熱線測速,示意圖,加熱電流