[發明專利]穩態熵探針

無效

• 申請號: 201110232525.4
• 申請日: 2011-08-15
• 公開（公告）號: CN102937458A
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發明（設計）人: 王永生;林峰;聶超群
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: G01D21/00
• 分類號: G01D21/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及電力電子行業流體場測量技術領域，尤其涉及一種用于狹小通道大流動角度復雜漩渦流場的微型穩態熵探針。

背景技術

當代葉輪機械在追求高壓比、小尺寸的前提下還要兼顧高效率，而內部流動的好壞直接影響著效率。基于流場中的熵產的分布，在探討損失機理的同時可直觀分析葉輪機械各部件的流動損失對效率影響的權重，能夠為設計人員對葉輪機械的設計及優化提供有效的信息。因此，對流場的熵產的測量顯得十分迫切。

熵產無法直接進行測量，只能通過測量所得總壓值和總溫值間接獲取。目前熵產測量中的總壓與總溫測量中主要應用高頻響動態壓力傳感器(高頻響動態探針)和溫度傳感器(高頻響熱膜)，其價格昂貴、尺寸較大，并且在計算熵產的時候主要利用總壓和總溫的算術平均值。圖1為現有技術應用于葉輪機械中非穩態熵探針的實物照片。如圖1所示，其采用壓力孔內裝有高頻響動態探針測量總壓，氣流角度變化大對其測量效果有很大影響；頭部基片上貼有高頻響熱膜，熱膜兩端的不同溫度的饋電電流，通過如建立熱傳導及對流換熱方程即可計算出熱膜所測量總溫值，最后由總壓和總溫值通過公式一計算熵產，

Δs=cplnTtTt,ref-RlnlnPtPt,ref]]>公式一

其中，Δs為熵產，其單位為J/K；c_p為定壓比熱容，其單位為J/(kg.K)；R為氣體常數，其單位為J/kg.K；T為總溫，其單位為K，P為總壓，其單位為Pa，T_t，ref為參考總溫，其單位為K，P_t，ref為參考總壓，其單位為Pa。

申請人意識到：目前基于高頻響動態探針及高頻響熱膜的非穩態熵探針，通過鎖相平均(算術平均)雖然能夠提供熵產分布云圖，但造價非常昂貴，不利于其在熵測量領域普及應用；并且針對葉輪機械內部流動具有高馬赫數、流動方向和速度劇烈以及流動通道狹小等特征，考慮到傳感器的尺寸以及對氣流角度的敏感性，目前的非穩態熵探針無法滿足測量要求。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為解決上述的一個或多個問題，本發明提供了一種穩態熵探針，以降低熵探針的成本，提高其對葉輪機械內部環境的適應能力。

(二)技術方案

根據本發明的一個方面，提供了一種穩態熵探針。該穩態熵探針包括：基爾管，在基爾管的中部設置開孔；皮托管和外側包有套管的熱電偶從開孔伸入基爾管內部；皮托管伸入基爾管內部的與基爾管軸向平行的端部朝向基爾管內的進流方向。

優選地，本發明穩態熵探針中，熱電偶位于皮托管相對于來流方向的后側，其伸入基爾管的長度大于皮托管伸入基爾管的長度。

優選地，本發明穩態熵探針中，熱電偶套管的頭部具有銳角切口作為滯止罩，滯止罩朝向基爾管內的來流方向；在滯止罩的中部設置放氣孔，熱電偶的熱端懸空于滯止罩內。優選地，銳角切口的角度為45°。

優選地，本發明穩態熵探針中，基爾管位于進流方向的開口四周的管壁自外向內呈銳角斜切口。優選地，銳角斜切口的角度為30°。

優選地，本發明穩態熵探針中，基爾管、皮托管及熱電偶套管通過錫焊或激光焊密封固定。

優選地，本發明穩態熵探針中，皮托管的外徑為0.5mm；熱電偶套管的外徑為0.8mm；基爾管的內徑為1.5mm，外徑為1.8mm，長度為5mm。

優選地，本發明穩態熵探針中，基爾管中部設置兩個開孔；皮托管和外側包有套管的熱電偶分別從其對應的開孔伸入基爾管內部。

(三)有益效果