[發明專利]基于局部壓力測量二維流路內T-S波的方法

有效

• 申請號: 201310003307.2
• 申請日: 2013-01-06
• 公開（公告）號: CN103076080A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 卞永寧
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01H3/04
• 分類號: G01H3/04;G01H3/10
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明屬于流動測試技術領域，涉及到一種基于局部壓力測量二維流路內T-S波的新方法。

背景技術

具有不同壁面形狀的二維流路作為反應器、換熱器的基本單元，廣泛地應用在能源、石油化工、生物化工和生物制藥等領域。T-S波，是Tollmien-Schlichting?wave的簡稱，它是當流動的雷諾數超過某一臨界值時二維流路內產生的一種周期性的不穩定流動行為。當T-S波出現時，流路內的局部流速隨時間呈現一種具有一定的振幅和頻率的正弦波的形式。該頻率稱之為T-S波的自然頻率。大量的研究表明，流路內的熱量質量傳遞速率與T-S波的自然頻率具有極為密切的關系；如果能夠獲得T-S波的自然頻率，通過一定的技術手段在原流動上疊加一個與該自然頻率相同或者相近的振動流動，可以使原來的熱量質量傳遞速率得到成倍的提高，即可以獲得所謂的共振傳遞強化效果。因此，通過實驗測試的手段獲得T-S波的自然頻率對采用有效的技術強化熱質傳遞過程具有重要的意義。

根據T-S波的性質，通常采用測量流路內局部流速、記錄流速隨時間的變化歷程的方法來捕捉T-S波的頻率及振幅。利用激光多普勒測速儀（LDV）可以完美地實現上述目的，是目前通用的方法。但是眾所周知，LDV屬于貴重的測試設備，其操作也較復雜，不具有普遍采用的可能性。此外有研究表明，當T-S波出現時，除了局部速度隨時間呈周期性變化外，受其影響，壁面剪切應力也呈現出相似的行為，因此亦可以采用記錄壁面剪切應力的時間歷程的方法進而得到T-S波相關頻率及振幅性質。但通常測量壁面剪切應力的方法也相對復雜，有研究采用電化學方法測量，需要配置電極、電化學溶液、標定電化學溶液的濃度及擴散系數、根據邊界層理論推導由擴散電流計算壁面剪切應力的公示等，不易準確把握，實際應用也受到限制。

目前根據局部壓力來得到T-S波進而得出其自然頻率及振幅的實驗測試方法幾乎未見報道。根據已有相關研究，T-S波產生時的速度波動既然會引發壁面剪切應力產生趨勢相同的波動，那么也必然會促發類似的流動參數如局部壓力呈現出類似的行為。此為本發明的立足點。

發明內容

本發明提出一種利用壓力傳感器測量局部壓力的時間歷程、對得到的壓力信號直接處理進而得到T-S波自然頻率的方法。操作者只需在經過穩流處理的待測二維流路的特定位置安裝指定類型的壓力傳感器便可以根據壓力信號隨時間的變化數據得到各階T-S波的自然頻率和振幅，該方法適合于所有二維流路的相關測量。

本發明的技術方案包括以下步驟：

步驟1：將循環水泵和流量計連接到待測二維流路的循環系統中，建立自循環流動系統；

在二維流路壁面上安裝壓力傳感器，壓力傳感器與壁面之間采用面接觸，在接觸面的中心鉆孔直通流路內部，壓力傳感器與計算機數據采集系統相連。

設計二維流路的穩流入口，使得由測量系統管路進入到二維流路時的流道內的流體以15-20度漸變流的形式進入，經入口后形成穩定的充分發展流動。

步驟2：利用計算機數據采集系統記錄局部壓力在不同流動雷諾數下隨時間變化的信號。當雷諾數增加到某臨界值以上時會分別記錄到1階、2階以至更高階的周期性局部壓力信號。

步驟3：由局部壓力的時間歷程處理得到T-S波的自然頻率和振幅。通過數據處理得到的局部壓力直觀呈現T-S的周期性及頻率和振幅特性。

本發明提供一種快速準確測量T-S波的新方法，可以在任意二維流路中完成從低階到高階T-S波的測量。所使用的相關設備都是成本低，推廣方便，數據處理方法簡單直觀，容易掌握。

附圖說明

圖1是自循環流動系統示意圖。

圖2是局部壓力測試系統示意圖。

圖3是以局部壓力表示的T-S波。

圖中：①離心泵；②旁路閥；③控制閥；④流量計；⑤二維流路；⑥溢流槽；⑦循環水槽；⑧壓力傳感器；⑨數據采集卡；⑩計算機；

具體實施方式

以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的具體實施例。

實施例1

實施例中以圖2所示的二維凹槽流路為例，搭建如圖1所示的自循環流動系統。

??步驟1?安裝壓力傳感器。將直徑為8mm的壓阻式壓力傳感器（量程0～100kPa）安裝在鉆好孔的凹槽流路⑤上，并連接好數據采集卡⑨上的信號回路，并接通供電的直流電源。

步驟2?啟動離心泵①維持流動系統工作流體的循環；控制閥③控制進入測試段的流量；流量由電磁流量計④精確計量；測試段出口設溢流槽⑥以消除重力的影響。