热线(膜)风速仪输出信号的温度修正

　　1 引 言

　　热线(膜)风速仪(HWFA)的测速原理是建立在热线或热膜与被测流体间的受迫对流换热的基础上的,换热量的大小或者说HWFA输出信号的高低不仅是流速的函数,而且还与流体温度有关。因此HWFA探针的标定不仅要确定输出信号与流速及方向角的关系,还应反映出流体温度对输出信号的影响。由于目前应用的标定仪器,如TSI的1125R、DISA的55D45以及北京大学生产的AC-1气体标定仪等,均对改变气流温度无专门的控制设施,往往是先通过标定确立了HWFA输出电压与流速及方向角的关系后,再由经验公式对温度的影响进行修正。文献[1]提出了一种用零流速输出电压的零点漂移进行补偿的方法,补偿前后HWFA输出电压关系为:

　式中: E₀₂和E₀₁分别为实测条件下和标定工况时的零流速输出电压。经实际应用证明,对于被测温度变化较小的流场,此方法是非常有效的;但对于流场内温度变化较大的情况则是不可取的。文献[2]、[3]提出的温度修正函数关系式为:

　　此式可用于温度变化的流场测量,并被文献[4]、[5]、[7]作为较理想的温度修正公式来推广,但文献[6]、[8]的试验结果却表明该式并不能令人满意地反映流体温度对HWFA输出电压的影响规律。

　　在进行有传热的通道内流场测试时,无论是沿流向还是在壁面与中心之间都可能存在着较大的温差。为提高HWFA对这种温差较大的流场测试精度,必须进一步改进温度校正关系式,使之更合理地反映温度变化对输出信号的影响。为此,本文探讨现行温度修正公式可能形成误差的原因,并提出新的修正公式。

　　2 公式(2)的误差成因探讨

　　虽然不同文献获取此结果过程各异,但它们都是建立在改进的King氏公式的基础上的,即:

　　文献[2]忽略了物性的影响;文献[3]经过分析并由实验验证,最终认为在一定速度下,温度的变化对(A+BUn)几乎没有影响,故由此得到公式(2)。其中有两个问题值得探讨。

　　2.1 物性变化的影响

　　气体温度变化对其动力粘度T、比热J及密度Q影响很大[9],文献[10]分析了探针与气流的对流传热情况,并提出如下关系:

其中: 为平均膜温度。通过引入膜温度作为定性温度,并就温度对传热的影响进行修正,膜温度这一概念后来被许多文献所接受[2,3]。

　　文献[2]讨论了以Ts、Ta和Tm分别作为T、J的参考温度时,对传热结果的影响,如图1所示,可见温度参数选择不同对传热计算的影响是很大的。由此也可以说明,忽视温度改变引起的物性变化对HWFA输出信号的影响是不合理的。

　　2.2 实验的误导作用