ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Измерение скорости в вязком подслое с помощью термоанемометра из "Турбулентный пограничный слой" Высокая чувствительность и малые размеры чувствительного элемента термоанемометра — нити датчика делают его удобным при измерении скорости в вязком подслое турбулентного пограничного слоя. Однако термоанемометр не может быть применен, если не определены поправки к его показаниям, обусловленные влиянием близости нити датчика к обтекаемой поверхности (стенке), которое проявляется в увеличении тепловых потерь от нагретой нити, и влиянием температуры набегающего потока. Следует учитывать также влияние относительного удлинения 1/с1 нити датчика на величину тепловых потерь от нити к державкам датчика. [c.247] Ниже приводятся результаты методических исследований [4.23-4.25], которые способствуют уточнению количественных значений поправок к показаниям термоанемометра и раскрывают механизм теплового взаимодействия между нитью датчика термоанемометра и обтекаемой стенкой в условиях течения в пограничном слое. [c.247] Исследовалось обтекание угловых термоанемометрических датчиков, у которых державки нити продольно обтекаются потоком. В [4.26-4.28] установлено, что при поперечном обтекании державок их взаимодействие с потоком в условиях поперечного градиента скорости в вязком подслое заметно отражается на характере обтекания нити датчика (рис. 4.23). [c.247] Градуировка датчика термоанемометра по скорости обычно проводится с помощью трубок полного напора в потенциальном потоке с низкой интенсивностью турбулентности (е 0,05%). При этом при малых скоростях потока ((/оо 2,5 м/с) в показания трубок полного напора вносятся поправки на влияние вязкости потока в соответствии с рекомендациями, приведенными в 4.1. [c.248] Здесь Дц, — сопротивление нагретой нити Е — падение напряжения на нити датчика I — длина вытравленной части нити Волластона (платиновая жилка в медной рубашке) А — коэффициент теплопроводности ДТ = (Тц, — Те) — перегрев нити относительно температуры потока Те Т — температура набегающего потока и стенки соответственно. Влияние температуры потока на значение Nu учитывается температурным фактором (Тт/Те) . [c.248] В практических измерениях используются нити конечной длины, что приводит к необходимости введения поправок к закону теплообмена (4.26), учитывающих отток тепла от нити к державкам датчика. Необходимо определить минимально допустимую относительную длину нити (// )доп, при которой погрешностью измерения, обусловленной конечной длиной нити, в практических измерениях можно пренебречь. Имеющиеся в литературе рекомендации по этому вопросу весьма разноречивы [4.26, 4.29-4.31], что затрудняет их практическое использование. Так, в [4.29] рекомендуется использовать нити с (l/d) 200, в [4.26] - (l/d) 700, а в [4.30] - (l/d) 400. В [4.31], где исследовались толстые нити с d = 100 мкм, наблюдался отток тепла от нити к державкам датчика вплоть до значения l/d 16000. [c.248] С учетом этого можно полагать, что минимально допустимое значение (l/d)non зависит от абсолютного значения диаметра нити. Это подтверждается результатами опытов [4.23], в которых использовались нити не только с разными значениями (l/d), но и разного диаметра. Число Рейнольдса, рассчитанное по диаметру нити, изменялось от 0,005 до 33. [c.248] Исследования показали, что длина не вытравленных участков нити Волластона не оказывает заметного влияния на результаты опытов (рис. 4.24 о) и, следовательно, характерными размерами нити Волластона являются длина и диаметр ее вытравленной части. [c.248] При постоянном значении диаметра нити зависимость (4.27) в большой мере определяется значением l/d, при этом с увеличением Re влияние l/d несколько усиливается. По мере роста l/d эта зависимость приближается к соотношению (4.26), и все опытные точки хорошо укладываются на прямую линию, т.е. при l/d оо влияние числа Рейнольдса на значение числа Nu в опытах [4.23] такое же, как и в опытах Коллиса и Уильямса [4.29. [c.250] Незначительное отклонение опытных точек от прямой линии при малых значениях Re обусловлено влиянием естественной конвекции на теплообмен нити. При этом число Рейнольдса, при котором наблюдается это отклонение (вертикальная штриховая линия на рис. 4.24), возрастает с увеличением d нити. [c.250] Важным результатом опытов [4.23] явилось установление того опытного факта, что отток тепла от нити к державкам датчика при l/d (l/d)non зависит не только от относительной длины нити l/d, но и от абсолютного значения ее диаметра d. Из рис. 4.25 о следует, что при Re , = onst значение Nu растет с ростом диаметра нити. Это обстоятельство не было замечено в более ранних исследованиях и, возможно, является одной из причин расхождения опытных данных [4.26, 4.29-4.31] по влиянию l/d на показания термоанемометра. [c.250] Из ОПЫТОВ следует, что с ростом диаметра нити растет минимально допустимое значение l/d) . Так, например, если при = 4,1 мкм имеем ( / )доп = 1100 (см. вертикальную пунктирную линию на рис. 4.25 о), то при d = 14,5 мкм — (// )доп равно приблизительно 3000. [c.250] Однако при d/l — О все опытные кривые, полученные при разных диаметрах нити, выходят на одно и то же значение Nu(T /Te) , соответствующее обтеканию бесконечно длинной нити (штриховая линия на рис. 4.25). [c.251] Здесь в качестве do выбрано значение диаметра нити, равное 5,4 мкм. При l/d оо значения А и В для всех диаметров нити равны соответственно 0,25 и 0,53. Эти значения А и В незначительно отличаются от постоянных коэффициентов соотношения (4.26). [c.251] Выражения (4.28-4.30) могут быть использованы для оценки общих тепловых потерь от нити конечной длины в широком диапазоне изменения ее удлинения l/d и абсолютных значений диаметра d нити. [c.252] Как показано в [4.30], значения постоянных А, В и п в (4.32), полученные в опытах разных авторов, имеют довольно большой разброс. Нет единой точки зрения и относительно того, к какой температуре относить значения А, р и jU, входящие в выражения для Nu и Re, с тем чтобы соотношение (4.32) можно было использовать при разных значениях температуры нити датчика Тц, и температуры потока Те. В качестве такой определяющей температуры были попытки использовать Те и Тц,, а также пленочную характеристическую температуру Т = 0,5(Тад + Те). Кроме того, в ряде работ (см., например, [4.29]) в соотношение (4.32) вводится дополнительный множитель, содержащий отношение Т /Те или Тт/Те. [c.252] При такой форме записи левая часть соотношения (4.33) более консервативна по отношению к изменению и Те. [c.253] ествует несколько подходов к оценке влияния Те на выходной сигнал термоанемометра [4.32]. В ряде работ (например, [4.33, 4.34]) считается, что в первом приближении зависимостью параметров А, р и /х от температуры можно пренебречь, и тогда из (4.33) следует, что при Тц, = onst отклонение величины от ее градуировочного значения должно быть пропорционально соответствующему отклонению разности (Т — Те). При более строгой оценке температурной погрешности принимается во внимание и зависимость параметров X, р и ц от температуры [4.35-4.37]. Однако в этом случае расчетная величина погрешности будет зависеть от выбора конкретного вида обобщенного соотношения (4.31). [c.253] имеющиеся в литературе сведения, которые касаются количественной оценки величины указанной погрешности, весьма разноречивы. [c.253] Ниже приводятся результаты методических исследований [4.24], которые способствуют уточнению имеющихся сведений по этому вопросу. [c.253] Вернуться к основной статье