Способ определения модуля и направления вектора скорости потока

Способ определения модуля и направления вектора скорости потока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вектора скорости с помощью вращающихся термочувствительных элементов. Целью изобретения является повышение точности за счет определения направления вектора скорости в плоскости, параллельной оси вращения. Зонд в виде кругового цилиндра 1, с термочувствительными элементами 3,4, вращается относительно оси Z с угловой скоростью. В момент достижения, например, термочувствительным элементом 3 максимальной теплоотдачи регистрируется угол поворота зонда 4 относительно его нулевого положения. В этом положении вектор скорости V лежит в плоскости *98NOZ и по величине теплоотдачи с чувствительного элемента 3 находится модуль скорости V. В данном положении зонда регистрируется и угол наклона θ по разности теплоотдачи с чувствительных элементов 3 и 4. Для устранения неоднозначности в определении угла наклона с одинаковым модулем скорости (θ*90°±α) зонд представляет собой сопряжение двух фигур:цилиндрической 1 и полусферической 2. Перед проведением измерений проводится градуировка зонда по скорости и направлению потока. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

1615623 A 1 ц9) (11) 01 Р 5/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4424548/24-10 (22) 12.05.88 (46) 23.12.90. Бюл. N - 47 (71) Всесоюзный научно-исследователь-. ский институт гидротехники им. Б.E.Âåäåíååâà (72) И.В.Карманов и А.Н.Фролов (53) 532.574(088.8) .(56) Авторское свидетельство СССР и 502329, кл. G 01 P 5/12, 1974.

Патент США )) 3604261, кл. 73-189, 1971. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ .МОДУЛЯ И НАПРАВЛЕНИЯ ВЕКТОРА СКОРОСТИ ПОТОКА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вектора скорости с помощью вращающихся термочувствительных элементов. Целью изобретения является повышение. точности за счет определения направления вектора скорости в плоскости, параллельной оси вращения. Зонд в виде кругового

2 цилиндра 1 с термочувствительными элементами 3, 4 вращается относительно оси Z с угловой скоростью. В момент достижения, например термочувствительным элементом 3 максимальной теплоотдачи регистрируется угол поворота зонда 4 относительно его нулевого положения. В этом положении вектор скорости v лежит в плоскости f OZ и по величине теплоотдачи с чувствитель-. ного элемента 3 находится модуль скорости !ч1. В данном положении зонда регистрируется и угол наклона g no разности теплоотдачи с чувствительных элементов 3 и 4. Для устранения неоднозначности в определении угла наклона с одинаковым модулем скорости (8 = 90 + 16) зонд представляет о собой сопряжение двух фигур: цилиндрической 1 и полусферической 2. Перед проведением измерений проводится градуировк» зонда по скорости и направлению потока. 2 ил.

161

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вектора скорост7г медленных по Гоков жидкости или ra35 в гидротехнике и гидроаэродинамике с помощью вращающихся термочувствитвльньгх элементов.

Белью изобретения является повы— ш ние точности за счет опр деления н правления вектора скорости в плоск сти, параллельной оси вращения °

На фиг. 1 представлена пространств иная диаграмма, поясняющая сущность с особа, на фиг. 2 — зависимость относительной разности выходных сигналов с чувствительных элементов от угл1 наклона 0 = f (8) при одном значении скорости потока.

На фиг. 1 показаны осесимметричая часть 1 зонда, осесимметричная игура 2 полусферической или коничесой формы, точечные чувствительные лементы 3 и 4. В плоскости сопряжегия XOY геометрических фигур 1 и 2 асположены точечные чувствительные лементы 3 и 4, 7. — продольная ось онда, Х, Y — взаимно перпендикуляр.ые оси в плоскости, перпендикулярной

1 си Z, v — вектор скорости, (v1

Модуль вектора скорости, (.f, 9 — углы, характеризующие положение вектора в сферической системе координат, 5)— угловая скорость вращения зонда, 1 0Z — плоскость действия вектора скоРости ч, Пример, При произвольно выбранном в пространстве положении зонда относительно вектора скорости по1ока модуль и направление потока определяются относительно данного положения зонда. Определение вектора в

Других координатах при известных координатах зонда производится методом их преобразования, При измерениях удобно выбирать такое положение зонда когда его продольная ось совпадает с вертикалью относительно земли, а нулевое положение угла ((=- О), фиксируемое устройством его регистрации, жестко установленном на оси вращения зонда, ориентировано по стороне света например север-юг, Основная часть зонда представляет собой осесимметричное тело, например, в виде кругового цилиндра, заканчивающееся осесимметричной фигурой 2 полу сферической или конической формы. По разные стороны от оси зонда на ег g

5623 поверхности в плоскости сопряжения двух указанных геометрических фигур расположены два точечных чувствительных элемента, работающие в режиме непосредственного подогрева.

С целью получения максимального пространственного разрешения и минимального искажения потока диаметр зонда выбирается минимальным, исходя из технологических возможностей его из5 !

О готовления и условия, что соотношение между размерами чувствительного элемента и диаметром зонда не более 1/10.

Степень нагрева чувствительных элементов (температура) выбирается из условий минимального искажения потока из — за теплоотдачи при свободной конвекции, недопущения разрушения эле20 ментов из-за их перегрева и в потоках жидкости, отсутствия образования на поверхности зонда пузырьков пара или, если измерения производятся в водных потоках, пузырьков воздуха, азриро25 ванного в воде (для водного потока температура чувствительных элементов не более 60 С).

Зонд вращается относительно продольной оси Z с угловой скоростью Q выбранной из условия согласования с исследуемым процессом по быстродействию и уменьшения влияния возмущений . потока при вращении, инерционностью чувствительных элементов (например, для зонда диаметром 1 мм и тепловой инерцией в спокойной воде 0,3 с не более 5 Гц). При вращении зонда наступает момент, когда теплоотдача с чувствительного элемента в потоке максимальна, например, в г..вложении чувствительного элемента 3, показанном на фиг. 7 одновременно регистрируется угол поворота зонда (относительно его нулевого положения. В этом

45 положении вектор скорости v лежит в плоскости (OZ и по величине теплоотдачи с чувствительного элемента 3 находится модуль скорости f v j.

В указанном положении зонда регистрируется и угол наклона (атаки) и тем самым полностью определяется значение vffvf,g, Bp Разность теплоотдачи с чувствительных элементов 3 и 4 зависит от угла 6, так как конструкция зонда создает неравномерность в обтекании чувствительных эле ментов потоком. При угле между осью

0Z и вектором скорости 90 поток в д плоскости XOY обтекает зонд по по1615623 верхности цилиндра радиуса г и создаются определенные условия теплоотдачи чувствительного элемента 4. При том же значения модуля скорости /v j> но других значениях угла g теплоотдача с чувствительного элемента 4 увеличивается или уменьшается.

С целью устранения неоднозначности в определении угла наклона с одинаковым модулем скорости (9 = 90 — g)

О зонд и представляет собой сопряжение двух указанных фигур, при этом размеры полусферической или конической фигуры 2 должны отвечать условию: длина пути, по которому поток обтекает фигуру 2 в плоскости, перпендикулярной плоскости (OZ проходящей по линии -ф действия вектора v, от линии, образующей фигуру 2, до точки размещения элемента 4 менее llr, ри

Схема измерения, реализующая предлагаемый способ, например, если чувствительные элементы — электросопротивления, может состоять из двух мостов, в плечи которых включены элементы 3 и 4, регистрируемый выходной сигнал с мостов U> и Б4. зависит от теплоотдачи элементов 3 и 4, Перед проведением измерений с целью учета теплоотдачи с чувствительных элементов от динамического воздействия потока, его температуры и теплофизических свойств потока, размеров зонда производится градуировка в следующей последовательности. В канале, где размещается зонд, создается оток, движущийся с известной скоросью v в плоскости, перпендикулярной зонд неподвижен и находится в по-. ложении, когда чувствительный элемент 3 направлен навстречу потоку.

Определяется зависимость выходных сигналов с мостовых схем П,. = f(v) ° макс

U = f (v) при различных значениях скорости.

Определяется разность напряжений, которая соответствует разности теплоотдачи с элеме TDB U Q 9pQ

° П9мар ) Изменяют положение зонда относительно оси О> на некоторый угол 0 о — 90 + 06 и определяется разность

Ue — U3 „„,(v) ЦА (v)

Операция повторяется при других значениях угла g и определяется зависимостью относительной разности сигналов (фиг. 2) 110

U = -- — — — = f(6)!

Ug — qp I V=Соп5

При выполнении указанных операций скорость потока неизменна, они повторяются при других значениях ско— рости, В результате градуировки опреде- ляется семейство градуировочных кри10

П= Иv)

Определение вектора скорости исследуемого потока после проведения градуировки осуществляется следующим образом.

Зонд размещается в исследуемом потоке и при его вращении в положении, соответствующем максимальной теплоотдаче с чувствительного элемен20 та 3, регистрируется выходной сигнал U В данном положении регистЗма(с рируется и сигнал U< устройством отсчета — угол(. Далее по найденной в процес"е градуировки зависимости

25 U>+>

l"

v / находят U q(v), соответствующее о углу 9 = 90, и разность Ур о

= У (т ) — 134.(у), . вычисляется зарегистрированная при измерении в потоке разность сигналов Пд = Ц (ч), -U< и определяется значение U =

09 — — Используя полученную при

"9-9о градуировке- зависимость U = Г(9)/у

35 находят угол о, следовательно, определяется значение вектора скорости v в сферических координатах, ч(((,, 9).

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ определения модуля и направления вектора скорости потока, заключающийся во вращении плохообте45

5 каемого осесимметричного зонда с двумя расположенными на его поверхности термочувствительными элементами, пе регреть|ми относительно окружающей среды, синхронном измерении выходных

50 сигналов с термочувствительных элементов и азимутального угла их поворота, определении модуля и направления вектора скорости в плоскости, ортогональ. ной оси вращения в момент достижения выходным сигналом па одном из чувстви55 тельных элементов своего экстремального значения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет определения направления век7 1615623 тора скорости в плоскости, параллель- ряют разность значений выходных сигной оси вращения, дополнительно изме- налов с термочувствительных элементов.

Радактор И . Шулла

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Заказ 3983

ВНИИПИ Государственного

113035, Составитель 10.Власов

Техред Л.Олийнык Корректор М.Пожо

Тираж 450 Подписное комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5