空气射流场温度和速度的测量

　　冲击射流问题是流体力学研究的一个重要课题,它在诸如机械加工、控制及热工等领域都得到了广泛的应用.从造纸的浆液和浆沫的干燥到燃气轮机发动机元件的冷却都用到了冲击射流,其中都存在着高速率的对流传热和质量交换.

　　对于大多数的冲击制冷结构,都是将射流排入一个其间循环着环境流体的受限空间中.众所周知,这样的流体被诱导进入射流,对这些系统的性能有很不利的影响,很可能会产生传热的衰变.研究人员对带有横向流的冲击情况中传热的衰变作了很多测量工作,但对于在轴对称射流中传热的衰变却很少关注.本试验基于这一目的,对轴对称射流本身的特性参数,如轴对称射流的轴(径)向速度、滞止温度及射流所冲击的平板上的恢复温度等进行了测量,为进一步测定流体参数对对流传热系数的影响作了充分的准备工作.

　　1　实验台的组建

　　这个试验所需的实验设备在图1中已给出,包括一个空气输送回路,一个带有可交换孔板的射流箱和一个射流冲击在其上的大平板(方向与射流轴线垂直).仪表包括带有适当横移装置的速度探头和滞止温度探头.

　　试验工质是经过过滤和干燥的空气,并经由压缩机压缩至4×105Pa,传输进入空气输送回路.然后,经由转子流量计、散热器、加热器进入射流箱,再经由射流箱底板的圆形孔射出形成射流,进入环境介质———空气.圆形孔出口试验工质流速因孔径不同而不同,但试验工质均达到湍流状态.其中,转子流量计用来测量通过空气回路的试验工质的流量,散热器用于在对等温射流进行测量时使试验工质与环境介质保持温度相等,加热器为一个带有反馈温度控制器的循环式加热器,用于在对非等温射流进行测量时将试验工质进行不同程度的加热.射流箱是一个有正方形横断面的密闭的铁箱,外形尺寸为102 mm×102 mm×216 mm,并平行于喷射孔的轴线,箱内有2块整流栅,端面是孔板,圆孔位于它的中心.对于这个实验有4个可以互换的孔板,孔径分别为2.5 mm,5 mm,7.5 mm和10 mm.试验工质从箱子的顶端进入,经整流栅混合后由射流孔排出.

　　射流的轴(径)向速度u和滞止温度为T0,用手动的并可在轴上上下移动的探头测量.轴(径)向速度用德图风速探头或皮托管测量.滞止温度用一个特殊的热电偶探头测量,它有一个90°弯头,以使离焊接处最近的外壳材料和射流轴线平行;而且,离焊接处最近的外壳弧段是用低电导率的小直径氧化镁做成的,这减小了导热损失.

　　带有传感器的绝热冲击板的结构如图2.这个平面是一个泡沫聚苯乙烯和轻(阀)木的分层结构,尺寸在图中给出.敏感元件是一个小的被抛光的铜片,后面焊接一个铜———康铜的热电偶.铜片嵌入平板的中心,并于平板的上平面保持平行.在铜片的后面有一个空气滞止区,它的所有表面都用铝箔粘上,以减小辐射.