Григорьев В.А., Зорина В.М. - Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник (1982) (1062114), страница 117
Текст из файла (страница 117)
В схеме измерений с постоянным значением силы греющего тока !=сонэ! градуировочиая характеристика термоаиемометра имеет вид, показанный иа рис. 8.18, б. Выл<~димы сигналом является значение падения напряжения на нити У, по которому определяется скорость и. Градувровочяые характеристики термоанемометров определяют опытным путем для конкретной жидкости (газа) нри наборе значений 1„ и 1 в определенном интервале давлений.
По существу„ определение характеристики означает экспериментальное исследование закономерностей теилообмена при поперечном обтекании нити. Для воздуха прн неболыном давлении 1%н = 1У = В3~ ш + С, (8.45) где В и С вЂ” функции температуры и свойств потока н нити. При измерениях в газовых потоках температуру нити поддержявают иа уровне 1,л 1 для устранения влияния небольших колебаний температуры потока 1.
Нити термоаиемомегров изготавливают нз платиновых. сплавов нли нз вольфрама с диаметрами от сотых долей миллиметра до нескольких мийрометров. Длина нити при этом составляет доли миллиметра, и ее тспловая инерция невелика. Вследствие этого термоанемометры с вагретой нитью удобны для исследований характеристик турбулентных потоков [35, 381'. При измерениях вблизи поверхности тела условия теплообмена отличны от условий градуировочных опытов, и к показаниям термоанемометра надо вводить поправку на «влияние стенки». Поправка, учитывающая влияние расстояния отстенки, вводится либо по результатам градунровочных опытов в потоках с известным распределением скорости, либо расчетным путем (так называемая «поправка Вилса») [37).
Для нитей с г) 3 мкм влияние стенки сказывается иа расстоянии от иееоколо 0,01 мм. ' Вместо нити могут использоваться пленки на поверхности клина (в сверхзвуковых н занылениых потоках) или шариковые микротермисторы. В натурных промышленных экспериментах можно использовать термоанемометры, в которых нагретым ~слом являетсн ноперечно обтекаемый' цилиндр (г( !О мм) с расположенным внутри электронагревателем.
При этом необходимо дополнительно установить термопары для измерения температуры поверхности цилиндра. Градунровочвые характеристики качественао аналогичны характеристикам для термоанемометра с нагретой нитью. 414 Методы экгперимгнтпльнога изучения тепло- и иассообмена Разя. 8 З.З.З. ВЕСКОИТАКТНЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕИИЯ ИОЛЕИ СКОРОСТИ Кииематические меузоды.
Этими методамн проводится прямое измерение скорости ы как пути, пройденного элементом жидкости за некоторое время: ю=ЬБ)ат. Наблюдения ведутся за перемещением еметокз, в отношени~( которых предполагается, что их скорость совпадает со скоростью окружающей жидкости (газа). Кинематические методы применяются как для исследования осредиениых во времени скоростей, так и, главным образом, для измерения мгновенных скоростей в потоке.
В качестве меток обычно используют взвешенные частицы (например, дым для газовых потоков, порошок из алюминиевой пудры для водных потоков и т.п.). Меткамн могут быть различного рода неоднородности в движущейся среде, отличающиеся от среды температурой, плотностью, светимостью, коэффициентом преломлении, коэффициентом поглощения, радиоактивностью, зарядом, степенью ионизации и т.п. Метки могут вноситься искусственно или же содержаться в потоке как его естественные примеси (подробнее см. в Р8)) Регистрацию перемещения метки в поле течения ссуществлвют путем фотографирования прн страбоскопическом освещении.
По размерам и направлению треков, зафиксированных за время экспозицни, определяют значение и направления скорости. В турбулентных потоках определение скорости по снимкам оказывается трудоемкой , задачей, так как требуется намерять множество отдельных траекторий частиц. Практически обработка выполнима лишь с применением автоматов или полуавтоматов для анализа негативов с последующей обработкой иа ЭВМ [35, 40). Картину течения можно записать иа видеоленту с помощью телевизионной камеры.
В этом случае анализ сигналов производится также с помощью ЭВМ [35). Описанные кинематические методы пригодны для прозрачных сред, когда возможно оитическое наблюдение за течением, Применение радиоактивных ыеток дает возможность измерять скорости в потоках, ограниченных непрозрачными стенками. Времяпйалетиый метод [39). Исследуемый поток облучают внешним источинком света, например лазером, и регистрируяж излучение, рассеиваемое находя- Рис. 8.19.
Принципиальная схема измерения скорости лазерным ане- мометром. у — лззер; у — рзещеплкююзк кркзмз; 3 — зеркало; 4 — кейтрельйый фильтр; у — фекускрующпе линзы: П вЂ” исследуемое текекке; у, З вЂ” диаФрагмы; Э вЂ” фоте- прпемаип. щимися в потопе взвешенными частицами, для двух областей, разделенных некоторым расстоянием (базой наблюдения). От частицы, нрощедшсй абе областл наблюдения, на два канала фотоумножителя поступают импульсы, имеющие временной сдвиг, который определяется скоростью частицы на отрезке пути, равном базе наблюдения.
Значение скорости находится путем статистической обработки выходного сигнала фотоумножителя. Для измерений скорости в потоках разрежейиого газа применяется метод флоуресцентного трассировании, В заданной области исследуемого потока проводят его облучение тонким интенсивным пучком быстрых электронов, в результате чего образуется светящаяся флуоресцентная метка, скорость движения которой регистрируется фотоэлентрической системой.
Лазерные анемометры. Метод основан на 'эффекте Допплера [35, 4Ц. Поток с естественными или искусственными метками облучают пучком света от лазера. В схеме, изображенной на рис. 8.19, использованы два расщепленных луча, которые сфокусированы в исследуемую точку ' потока. Рассеянное на метках излучение наблюдается вдоль одного из пучков прямого излучения. Рассеянное и прямое излучения направляются в фотоприемннк. Частота рассеянного на движущейся метке излучения изменяется на величину допплеровского сдвига частот: 2ы) ы(, ск ш = — ып — созф, (8.46) с 2 где ю — круговая частота падакнцей волны; ю — измеряемая скорость; и — )тол между расщепленными лучами; с — скорость света; ф — угол между направлением скорости ш и перпендикуляром к биссектрисе угла а.
Формула (8.46) используется для определения проекции скорости на это направление. В схемах с направлением в фотоприемник рассеянного излучения от обоих лучей [4Ц скорость в проекции на то же направление определяется па формуле ы= бы(Х/~2з(п —, '(8.47) где йт (†разность допплеровских частот; Х вЂ” длина волны [4Ц. Методы эксаериненгального исследования нолей $8.2 415 По диапазону измеряемых скоростей лазерные анемометры (или ОДИС вЂ” оптические допплероаские измерители скорости) подразделяются на группы: 10-'— 1О з; 10-з — 10з и 1Ог — 10' м/с. Пространственное разрешение схем ОДИС, предназначенных для измерения скорости в по.
токах жидкости, составляет около 10' 1/мм'. Погрешность 'измерения находится в интервале от 3 до 0,2тэ. Во всех бесконтактных'методах существенным вопросом является определение координат метки в потоке относительно обтекаемых тел. Обычно принимают, что свет распространяется линейно, Однако в потоках с переменной плотностью распространение света нелинейно (см. п.
8.2.6), и необходимо производить пересчет координат изображения метки на ее действительные координаты. Методы измерения скорости в дисперсных потоках рассмотрены в [69[. зл.з. методы нсслвдовлпия полем г плотности и копцептвлцпи в потоках жидкости и глзл н стекктэвы двтхолзных потоков Оптические методы. Метод основан на зависимости между плотностью р исследуемой среды и абсолютным показателем преломления в=сгг /с (с — скорость света в исследуемой среде; с — скорость света в вакууме). Зависимость р(л) для общего случая дается формулой Лоренца: нэ — ! г/ Р (8. 48) из+2 М (йгади) э!п и, /7 н (8. 50) где г/ — постоянная для данного вещества величина, называемая молекулярной рефракцией; М вЂ” молекулярная масса. При н=1 справедливо приближенное соотношение Гладстона — Дейла (и — 1)/р = (яэ — 1)/рэ = сонэ! = К, (8.49) где гиь рэ — величины при фиксированных, обычно нормальных условиях.
Значения нг для газов нлн паров при 0'С и О,!01 МПа для длины световой вол. иы 5893 А следующие: Гелий , Водород Водяной пар Кислород . Аргон . Воадух . Азот . Окись углерода Метан, Двуокись углерода Метнловый спирт . Ацетилен . Этилен . Хлор Этан . Этиловый спирт Пропап .
1,000035 . 1,000138 . 1,000257 . 1,000272 . 1,000284 . 1,000292 , 1,000297 . 1,000334 , 1,000442 . 1,000450 . 1,000550 . 1,000606 . 1,000729 . 1,000768 . 1,000770 , 1,000874 , 1,00!081 Продолжение Ацетон . г —. г....... 1,001100 Бутан........... 1.001390 Хлороформ........ ° . 1,001455 Эфир . . . , . . . . . . , 1,001550 Четыреххлорисгу!й углерод . . . 1,001768 Значения й/ и К зависят от природы вещества, его параметров состояния и длины волны света. Их можно рассчитать по известным значениям пе и ры Изучаемую область течения просвечи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
