Определение интенсивности (степени) турбулентности потока аэродинамической трубы двумя способами (1163118), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Такая кривая (полученная впервые Драйденом) оказывается монотонной и на нее удовлетворительно ложатся все опыты в раз- эю. личных трубах. На рис. 6 приведена зависимость. е% Рис. 6. Зависимость Я М от Й~. для шара; показаны экспериментальные точки различных аэродинамических труб. -15- для нахождения интенсивности турбулентности во вновь построенной трубе необходимо на аэродинамических весах определить там сопротивлевие вара при раеличвпк скоростж и построитв «ржую С,к фЦ. Найдя 4Е, при котором С':и = 0,3, можно по графику на рис.б определить в трубе величину интенсивности турбулентности потока Е Ф.
Ю е еможно определить также по методу измерения перепада давления на поверхности шара. Как видно из рис.4, давление в срывной зоне за шаром Ру- остается постоянным (при фиксированном числе ф© ) Я и величина егоьвполне определенным образом зависит от режима обтекания. Экспериментально установлено, что в достаточно широком интервале чисел © для шара значению 1~ = 0,3 с большой степенью точности соответствует отношение перепада давлений межэу передней критической точкой ~0д. и срывной зоной за шаром /Эр к скоростному напору (19) Вместо давления в донной части на поверхности шара ~о~ можно измерять давление на державке вблизи шара на расстоянии 2-3 мм за ним. Иногда вместо указанного выше перепада давлений рассматривают вели- (20) где Р.
- статическое давление набегахщего потока. При этом значению ~х = 0,3 , очевидно, будет соответствовать ,О = 0,22 . В етои случае игесто Сл = ув Яя,т строят кривую о =ф~ЯЦ и в качестве Й ~о берут то.значение Да, при котором уо = 0,22 . При тщательном проведении опытов с шарами критические числа 4., найденные весовым способом по значению С~ = 0,3 и методом давлений по значению О = 0,22 (или 1,22 ), отличаются между собою незначительно: на 5-103 + 5.104 при 4 м 3,5 ° 105 . Рис. 7.
Су, Ю~ (о~, Е% / для модели самолета со стреловидным крылом. Интенсивность турбулентности потока влияет и на такие аэродинамические характеристики, как коэффициент подъемной силы С~ ~а~ и коэффициент продольного момента Ю~ . На рис. 7 даны значения С~ = ~~М и ~к~и = ~~ф Лив сеиолеков со скреловИКввв криков ври различных Я Я . Как видно из диаграммы, на больших углах атаки большей интенсивности турбулентности соответствует большее значение коэффициента ~ма~ и И~ . Это объясняется тем, что на больших углах атаки при большей величине Я 7в обтекание верхней поверхности крыла более плавное ~тот же эффект, что и при обтекании шара). Такой же эффект возрастания ~~жж~ дает и увеличение числа Рейнольдса.
Учитывая значительное влияние турбулентности потока в аэродинамических трубах на результаты опытов в них и то, что современные фор- мы летательных аппаратов весьма совершенны, а сопротивление трения для них играет существенную роль, стремятся получить в трубах интен- -18- сивность турбулентности потока, близкую к атмосферной. 3. Изме ение интенсивности б лентности те моанемомет ом. Современная измерительная техника дает пути изучения внутренней структуры турбулентных течений. Сюда входит прежде всего непосредпозволяющая получить картину линий тока, измерить среднюю интенсивность пульсаций скорости и другие статистические характеристики.
В воздушных потоках с наибольшим успехом используется метод тепловой анемометрии, основанный на эффекте охлаждения потоком. тонкой короткой платиновой нити, разогреваемой электрическим током. 3 равновесном со- стоянии по электрическому сопротивлению нити можно судить об осредненной скорости потока У . По отклонениям от равновесия в компенсационной схеме (колебаниям:зплейфа осциллографа, помещенного в нулевую ветвь моста Уитстона) можно судить об интенсивности пульсаций скорос- ти в потоке и записать эти пульсации в некотором масштабе. Используя разнообразные выходные электрические приборы и дополнительные к ним схемы, можно непосредственно регистрировать средние квадратичные зна- чения пульсаций скорости и определить интенсивность турбулентности 8 7.
набегэлцего потока. Рассмотрим принципиальную схему устройства и работы термоанемометра. Теплоотдача И за единицу времени и на единицу длины нагре- той круглой тонкой проволоки, расположенной перпендикулярно к направлению средней скорости потока У , выражается в виде (22) где ~0 , ~ и С~- — соответственно плотность, теплопроводность и теплоемкость газа при постоянном объеме, о~ — диаметр проволоки, 7 и 7 — температуры проволоки и газа.
В том случае, когда проволока с сопротивлением Г м накаливается электрическим током силой — 19— ампер, то при стационарных условиях Н=б,21 ~ (23) При постоянных /О, ('э-, ~ ° 4 из (22) и (23) получаем: ~'~ = (Т- 7) (а-Я +б) моанемометров. В обоих случаях основой электрических схем является мост Ущнсто- на (рис. 8). Рис.
8. Схема моста Уинстона к термоанемометру для измерения величины средней скорости потока Д а) с постоянным сопротивлением, б) с постоянной силой тока. В одно из плеч моста включается насадок (датчик) Н термоанемометра; три остальных плеча моста Й~, Рх и Д представляют декадные сопротивления, не зависящие от температуры.
В диагональ моста Это соотношение между силой нагревающего тока, сопротивлением проволо- ки (следовательно, ее температурой) и скоростью потока является ос- новным в работе термоанемометра. Из (24) следует, что при ~=ОВА~ будет ~ = ~ ( Р~ ) ,а при е -. смЫ будет Й = ~ ~ ~ ) . В соответствии с этим существуют две схемы измерительной части тер- - 20- включен вальвенснеер 7 послеповнеельно с сопровввленвен С Во внешнюю цепь моста, кроме батареи Я, включено регулируемое сопротивление С и амперметр А .
Насадок Н представляет собой тонкую платиновую нить М = 0,005 + 0,02 мм ), натянутую на концах металлической вилки с выведенными от них проводами, проходящими вну- (25) при этом восстанавливается полное сопротивление этой ветви моста, и следовательно, мы имеем термоанемометр с постоянной силой тока. В первом случае — методе постоянного сопротивления нити насадка величина изменения силы тока, необходимая для восстановления равновесия моста, пропорциональна изменению скорости. Необходимая для три ручки насадка. поста я нно и Мост белансируется при ~~ = 0 (или при некоторой величине 7 ). Условием баланса является отсутствие тока в диагонали моста, о чем можно судить, следя за показаниями гальванометра .'~~ .
Как известно, условием равновесия моста будет соотношение ~~'~Гн = ~а ~з где Кн - сопротивление на участке Й. ~ Ясли насадок термоанемометра ввести затем в поток иной скорости, то вследствие изменения теплоотдачи проволоки насадка, равновесие моста нарушается. Его можно восстановить, следя за показаниями гальванометра 'У, либо посредством регулирования силы тока накала проволоки насадка, либо изменением сопротивления ветви мостика, включающей насадок /Ч . В первом случае ( рис.
Ва ) ток регулируется при помощи сопротивления К; при атом температура (и сопротивление) проволоки насадка принимает прежнее значение, и, таким о бразом, получаем термоанемометр с постоянным сопротивлением (температурой) насадка. Во втором случае изменение сопротивления проволоки насадка компенсируется при помощи сопротивления Йн (рис.
8б ), Н включены ого последовательно в одну ветвь мостика с насадком - 21- тт/~ определения скорости зависимость К= ~,(~/определяется путем предварительной тарировки прибора. Этот метод по сравнению с методом постоянной силы тока более предпочтителен, т,к. он гарантирует нить от перегорания при внезапных изменениях скорости потока. Применение термоанемометров весьма сложно и требует точного и тщательного экспериментирования. Однако они дают возможность произвести важные измерения, которые трудно или невозможно сделать другими способами.
Это, в первую очередь, исследование структуры потока в пограничном слое, исследование вихрей, изучение неустановившихся турбулентных движений и т.д. Основное затруднение в применении термоанемометров связано с необходимостью усиления малых сигналов (10 — 100 милливольт), соизмеримых с уровнем собственных шумов усилителя. На рис. 9 дана схема термоанемометра фирмы " ФУИ Ийй~ч-Оп(с ", работающего по методу постоянной температуры (сопротивления) нити. диапазон его рабочих частот ( то 0 до 50 кгц ) делает его особенно удобным для ана- лиза пульсаций скорости как в свободном потоке, так и за различными телами„ т.к.
обычные размеры тела велики и абсолютные значения основ- ных частот пульсаций не превосходят десятков герц. Указанный термоанемометр позволяет измерять как среднюю скорость потока ~~ с точностью до + 1 ь , так и среднеквадратичное значение величины турбулентных пульсаций скорости, равное с ) 0,1 Я . В работе схемы термоанемометра Ф.И А заложен принцип поддер- жания постоянной температуры и, следовательно, сопротивления нити (проволоки) датчика с помощью усилителей.
Измеряется по сути дела мощ- ность, необходимая для поддержания постоянннй температуры датчика. Усилитеаи имеют высокую чувствительность для измерения достаточно слабых сигналов изменения напряжения. Рис.9. Блок-схема термоанемометра й Х5 4 1 — усилительный каскад, 2 - генератор прямоугольных импульсов, 3 - вольтметр переменного тока, 4 - усилитель переменного тока, 5 — выход на анализатор спектра (осциллограф), 6 — фильтр высоких частот, 7 — фильтр низких частот, 8 - вольтметр постоянного тока для измерения средней скорости потока, 9 — гнездо датчика, 10 - измерительный мост Уитстона, 11 - вход усилителя.
Датчик термоанемометра образует одно из плеч мостовой схемы, дру- гое плечо - подстроечное - состоит из трех декадных сопротивлений. Мост питается через усилитель, входное напряжение которого управляется напряжением разбаланса моста. Если мост разбалансирован, т.е. не выполнено условие (25), то на измерительных клеммах моста (его горизонтальная диагональ) и, следовательно, на входе усилителя возникает напряжение.
Усилительный каскад устроен так, что напряжение, подаваемое на мост, будет увеличиваться, когда сопротивление датчика падает. Увеличение напряжения вы- — 23- зовет увеличение силы тока, проходящего через мост и датчик; последний будет нагреваться, его сопротивление вследствие нагрева возрастает и баланс моста восстановится. Декадные сопротивления подстроечного плеча моста уитстона служат также для установки нужной рабочей темпе- ратуры нити. В качестве датчика используется горячая проволочка с сопротивлением в 3 + 5 ом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
