熱線

ソース: リカルド ・ メヒア アルバレスとコメディフランセーズ Hikmat ジャバー、機械工学科、ミシガン州立大学、イースト ランシング、MI

熱線風速計がある非常に短い時間の応答、乱流などの急速に変動の現象を測定するために理想的になります。この実験の目的は、の使用方法を示すには計の熱線します。

熱線流速計

A 熱線風速計はに基づいて非常に電気加熱細線から放出された熱流速を測定するためのデバイス。電気ワイヤーによって発生する熱、関係によって与えられます。

(1)

どこワイヤの電気抵抗を示す、ワイヤを流れる電気現在。電気抵抗は、次の関係によると熱線の温度によって異なります。

(2)

どこ標準温度における線の抵抗は、とワイヤーの材料に依存する定数です。電流の流れにより放出された熱によって生成される熱の方程式 (1) 表現しながら次の王の法律 [2]。

(3)

ここでは、、と校正定数とワイヤーのまわり流速します。N の値はレイノルズ数に依存、それはすでに発見されているレイノルズ範囲のこの実験で達成可能な数字は、満足のいく。温度、電流、速度との関係を得るためには、我々 は方程式 (1) と (3) を組み合わせてください。

(4)

ここでは、温度依存性は電気抵抗 (式 (2)) を入力します。温度を維持するためには、現在の実験で使用する測定戦略 (と、それゆえの抵抗) ワイヤー定数の。(4) の式から電気抵抗が一定の場合現在変動速度の傾向に従うする必要が明らかです。つまり、冷却速度変化、流速と現在を補償するために変更しない限り、それはワイヤーの温度を変更します。明らかに、急速に様々 な速度信号を測定する迅速な応答電気システムを持っている必要があります。示すようなホイートストン ブリッジとこれは、図 1 (a)。図から、熱線は回路の 4 つの抵抗の 1 つです。図 1(B) を示すその物理的な構成では、2 つの突起 (現在の実験のための 5 μ m タングステン ワイヤー) の間非常に細い線であります。制御抵抗、図 1 (a) は電圧を生成するゼロ橋-、最初に調整、熱線の目的基準温度 (エルゴ電気抵抗)。時の操作で、ブリッジ電圧フィードバック信号として維持するために、電線に電流を増減する使用は、一定温度で熱線します。その一方で、、わかりやすく電圧スケールを達成するために増幅され、。この電圧は、オームの法則から電流に関連します。

(5)

したがって、式 (4) は、として電圧という観点で表現できます。

(6)

キャリブレーションでの定数として定義するようになりました: 、 。この実験の主な目的は、これらの校正定数の値を見つけることです。このため、熱線プローブを参照フロー システムで設定されます。このフロー システムは、知られている速度で複数のフローを発行する使用されます。その後、キャリブレーション定数は、最小二乗回帰を使用して発見されます。

図 2 の模式図に示すように、本を使用するリファレンス ・ フローは自由噴流の縮み。縮みで平均速度は [3, 4, 5] 次の方程式によって特徴付けられています。

(7)

ここで、定数 0.61 はジェット機の流出係数、チャンバー内の圧力と大気圧です。縮みの位置は関係によっても定義されます。

(8)

どこジェットからの距離は、その中心線上に出口とジェットが発行されるからスリットの幅です。これは、場所で、熱線風速計は、校正のために配置されます。図 3 と 4 は、ここで使用されるフロー システムを表示します。このシステムでは、ファンは、プレナム 2 つの出口を持つジェットとフローをそらすためにスタックを生成するスリットを加圧します。スタック内の流れがオリフィス板 (参考図 4 を参照) で制限されている噴流の流量が増加します。このセットアップでは、生産の散布役立つと電圧ホイートス トーン ブリッジで測定します。

図 1。平面噴流表示の概略: 縮みと接続のダイアグラム。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 2。実験のセットアップ。(A): 流施設充満は遠心送風機によって加圧されています。(B): 平面噴流の発行用スリットします。(C): ジェットに沿って流速計の位置を変更するシステムを走査します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

1. スリットの幅を測定しW、し表 1 にこの値を記録します。
2. データ集録システムが図 2の模式図に従うことを確認します。
3. 圧力トランスデューサーの正のポートを接続 (参照図 2を参照) をプレナム圧力タップ ()。
4. 雰囲気に圧力トランスデューサーの負のポートを開いたまま。したがって、この探触子の読書を直接されます;必要に応じて、式 (7) によって。
5. プログラムを起動ため熱線校正。1000 サンプル (すなわち、データの 10 秒) の合計は 100 Hz でサンプリング レートを設定します。
6. データ集録システムのチャンネル 0 の電圧に対応していることを確認、熱線流速計。
7. フィールドにチャネル 0 に対応する定数の値を選択0.45 に。
8. 設定、熱線流速計縮みの位置 (中心線、上でx = 1.5 W).
9. データ集録システムのチャンネル 1 は、圧力検出器の信号に対応していることを確認します。
10. 圧力トランスデューサーに対応するフィールド内の圧力 (76.75 Pa/V) をボルトからローカル空気密度 (通常 1.2 kg/m³の平均ローカル条件) と変換定数の値を入力します。表 1 にこれらの値を記録します。これにより、データ集録システムは、式 (7) によると m/s の速度で直接データを報告します。
11. ジェットで最大速度のための条件を確立する完全にスタックをカバーします。
12. フロー機能をオンにします。
13. データセットを取得します。
14. 1 つは低い制限 (より大きな直径) プレートのスタックを変更します。
15. データセットを取得します。
16. 少なくとも 4 回の 1.15 と合計 1.16 の手順を繰り返します。最後の繰り返しは、スタックを完全に無制限 (最低ジェット速度) で実施されていることを確認します。
17. データ集録プログラムは最小二乗計算を行い、キャリブレーション定数を自動的に報告されます。表 1 にこれらの値を記録します。

表 1。実験的研究のための基本的なパラメーターです。

図 3.熱線風速計の回路。(A): ホイートス トーン ブリッジ回路、熱線の一定した温度を確保するため。(B): 熱線の構造の詳細。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 4.フロー システムのフロー制御。換気口の上にスタック フロー ジェットの出口の速度を制御することができますジェット スリットからの転用の目的を提供しています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

実験の測定は表 2、図 5に示します。これらのデータの線形回帰には、式 (6) の次の結果が生成されます。

(9)

これは、電圧の関数としての速度を判断する使用できます。

(10)

表 2。代表的な結果。電圧の正方形および 0.45 電源に縮みで速度の測定.

図 5.風速計の較正曲線のホット-着ていた。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

その乱れは、高周波数速度変動を展示、熱線風速計、そのための高時間分解能特性の評価のための適切な楽器。本実験で行ったキャリブレーションのプロセス、熱線流速計。このため、よ特徴付けられたジェットの縮みで速度の既知の値と、風速計の電圧信号を比較しました。これらの測定は、風速計の線形応答のキャリブレーション定数を決定するために使用されました。

熱線流速計による計は風洞における境界層流れの科学研究に用いられています。境界層は、空力設計、造船工学、とりわけ発電などの技術との関連性のための流体力学の研究の最も古い科目の一つです。これらのフィールドはすべての犠牲にして境界層を含む多くの効果がまだ incipiently 理解: 不規則な粗さ、密度と粘度のグラデーション、および圧縮性、いくつかの言及。これを念頭において、熱線上記アプリケーションに関連する境界層流れを評価するために実験室の設定で計を使用すると、現在の実験のような実証の戦略を使用しています。

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