專利名稱：穩(wěn)態(tài)熵探針的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子行業(yè)流體場(chǎng)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于狹小通道大流 動(dòng)角度復(fù)雜漩渦流場(chǎng)的微型穩(wěn)態(tài)熵探針。
背景技術(shù)：
當(dāng)代葉輪機(jī)械在追求高壓比、小尺寸的前提下還要兼顧高效率，而內(nèi)部流動(dòng)的好壞直接影響著效率?；诹鲌?chǎng)中的熵產(chǎn)的分布，在探討損失機(jī)理的同時(shí)可直觀分析葉輪機(jī)械各部件的流動(dòng)損失對(duì)效率影響的權(quán)重，能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)人員對(duì)葉輪機(jī)械的設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供有效的信息。因此，對(duì)流場(chǎng)的熵產(chǎn)的測(cè)量顯得十分迫切。熵產(chǎn)無法直接進(jìn)行測(cè)量，只能通過測(cè)量所得總壓值和總溫值間接獲取。目前熵產(chǎn)測(cè)量中的總壓與總溫測(cè)量中主要應(yīng)用高頻響動(dòng)態(tài)壓力傳感器(高頻響動(dòng)態(tài)探針)和溫度傳感器(高頻響熱膜)，其價(jià)格昂貴、尺寸較大，并且在計(jì)算熵產(chǎn)的時(shí)候主要利用總壓和總溫的算術(shù)平均值。圖I為現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用于葉輪機(jī)械中非穩(wěn)態(tài)熵探針的實(shí)物照片。如圖I所示，其采用壓力孔內(nèi)裝有高頻響動(dòng)態(tài)探針測(cè)量總壓，氣流角度變化大對(duì)其測(cè)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(dǎo)及對(duì)流換熱方程即可計(jì)算出熱膜所測(cè)量總溫值，最后由總壓和總溫值通過公式一計(jì)算熵產(chǎn)，
TP^ = S ln^尺1n ln^ 公式一
t.reft’ref其中，Λ S為熵產(chǎn)，其單位為J/K;Cp為定壓比熱容，其單位為J/(kg. K) ;R為氣體常數(shù)，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, Ttjref為參考總溫,其單位為K，Ptjref為參考總壓,其單位為Pa。申請(qǐng)人:意識(shí)到目前基于高頻響動(dòng)態(tài)探針及高頻響熱膜的非穩(wěn)態(tài)熵探針，通過鎖相平均(算術(shù)平均)雖然能夠提供熵產(chǎn)分布云圖，但造價(jià)非常昂貴，不利于其在熵測(cè)量領(lǐng)域普及應(yīng)用；并且針對(duì)葉輪機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)具有高馬赫數(shù)、流動(dòng)方向和速度劇烈以及流動(dòng)通道狹小等特征，考慮到傳感器的尺寸以及對(duì)氣流角度的敏感性，目前的非穩(wěn)態(tài)熵探針無法滿足測(cè)量要求。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題為解決上述的一個(gè)或多個(gè)問題，本發(fā)明提供了一種穩(wěn)態(tài)熵探針，以降低熵探針的成本，提高其對(duì)葉輪機(jī)械內(nèi)部環(huán)境的適應(yīng)能力。( 二 )技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種穩(wěn)態(tài)熵探針。該穩(wěn)態(tài)熵探針包括基爾管，在基爾管的中部設(shè)置開孔；皮托管和外側(cè)包有套管的熱電偶從開孔伸入基爾管內(nèi)部；皮托管伸入基爾管內(nèi)部的與基爾管軸向平行的端部朝向基爾管內(nèi)的進(jìn)流方向。 優(yōu)選地，本發(fā)明穩(wěn)態(tài)熵探針中，熱電偶位于皮托管相對(duì)于來流方向的后側(cè)，其伸入基爾管的長(zhǎng)度大于皮托管伸入基爾管的長(zhǎng)度。優(yōu)選地，本發(fā)明穩(wěn)態(tài)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(nèi)的來流方向；在滯止罩的中部設(shè)置放氣孔，熱電偶的熱端懸空于滯止罩內(nèi)。優(yōu)選地，銳角切口的角度為45°。優(yōu)選地，本發(fā)明穩(wěn)態(tài)熵探針中，基爾管位于進(jìn)流方向的開口四周的管壁自外向內(nèi)呈銳角斜切口。優(yōu)選地，銳角斜切口的角度為30°。優(yōu)選地，本發(fā)明穩(wěn)態(tài)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(yōu)選地，本發(fā)明穩(wěn)態(tài)熵探針中，皮托管的外徑為O. 5mm ;熱電偶套管的外徑為
O.8mm;基爾管的內(nèi)徑為I. 5mm,外徑為I. 8mm,長(zhǎng)度為5mm。優(yōu)選地，本發(fā)明穩(wěn)態(tài)熵探針中，基爾管中部設(shè)置兩個(gè)開孔；皮托管和外側(cè)包有套管的熱電偶分別從其對(duì)應(yīng)的開孔伸入基爾管內(nèi)部。(三)有益效果在滿足測(cè)量要求的前提下采用穩(wěn)態(tài)熵探針，雖不能提供熵產(chǎn)分布云圖，但給出相應(yīng)地熵產(chǎn)分布曲線對(duì)于流場(chǎng)中損失機(jī)理研究還是具有一定的實(shí)際意義。具體來講，本發(fā)明穩(wěn)態(tài)熵探針具有下列有益效果①由于采用熱電偶、皮托管等常規(guī)的穩(wěn)態(tài)測(cè)量元件，因此本發(fā)明降低了熵探針的成本。②本發(fā)明熵探針尺寸小、對(duì)氣流角度不敏感，解決了葉輪機(jī)械通道狹小、流動(dòng)復(fù)雜的毫米和厘米級(jí)的流場(chǎng)中熵產(chǎn)的測(cè)量問題，可在航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、中央空調(diào)離心壓縮機(jī)、二氧化碳?jí)嚎s機(jī)等產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮作用。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用于葉輪機(jī)械中非穩(wěn)態(tài)熵探針的實(shí)物照片；圖2為本發(fā)明實(shí)施例穩(wěn)態(tài)熵探針的實(shí)物照片；圖3a為本發(fā)明實(shí)施例穩(wěn)態(tài)熵探針剖面構(gòu)造圖；圖3b為圖2a穩(wěn)態(tài)熵探針沿W方向的剖視圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于所述值。圖2為本發(fā)明實(shí)施例穩(wěn)態(tài)熵探針的實(shí)物照片。從該圖可以看出該穩(wěn)態(tài)熵探針大概的結(jié)構(gòu)與各部件的比例關(guān)系。圖3a為本發(fā)明實(shí)施例穩(wěn)態(tài)熵探針剖面構(gòu)造圖；圖3b為圖3a穩(wěn)態(tài)熵探針沿W方向的剖視圖。如圖3a及圖3b所示，穩(wěn)態(tài)熵探針包括基爾管l(Kiel管)，在基爾管的中部依次設(shè)置兩個(gè)開孔，皮托管2和外側(cè)包有套管3的熱電偶分別從其對(duì)應(yīng)的開孔伸入基爾管內(nèi)部，皮托管、熱電偶套管與基爾管密封固定；皮托管伸入基爾管內(nèi)部的與基爾管軸向平行的端部朝向基爾管內(nèi)的進(jìn)流方向。如圖3a及圖3b所示，D2、D1分別是基爾管的內(nèi)、外徑，LI為基爾管的長(zhǎng)度，為適應(yīng)葉輪機(jī)械通道的應(yīng)用環(huán)境，優(yōu)選地，Dl = I. 8mm, D2 = I. 5mm, LI = 6mm。對(duì)于上述開孔,其位置位于在基爾管壁距進(jìn)口軸向3. 65mm、4mm處,兩個(gè)開孔的尺寸分別為Φ0. 5mm和Φ0. 8mm。為了利于測(cè)量，熱電偶位于皮托管相對(duì)于來流方向的后側(cè)，其伸入基爾管的長(zhǎng)度大于皮托管伸入基爾管的長(zhǎng)度。為了保證管內(nèi)總壓在來流氣流角為±45°以內(nèi)不受影響，基爾管I位于進(jìn)流方向的開口四周的管壁自外向內(nèi)呈銳角斜切口。優(yōu)選地，銳角斜切口的角度為30°。如圖3a及圖3b所示，皮托管的內(nèi)、外徑分別為D4、D3，優(yōu)選地，D4 = O. 2mm, D3 =
O.5_。皮托管進(jìn)口與基爾管進(jìn)口的距離為L(zhǎng)2，皮托管沿氣流方向長(zhǎng)度為L(zhǎng)3，優(yōu)選地，L2 =
2.4mm, L3 = I. 4_。皮托管的后端連接穩(wěn)態(tài)壓力測(cè)量的其他元件，如普通壓力變送器(未在圖3b中示出)。熱電偶外的套管選用內(nèi)徑為O. 5mm,外徑D5為O. 8mm的空心管,優(yōu)選地,空心管頭部具有銳角切口作為滯止罩5，滯止罩5朝向基爾管內(nèi)的來流方向，優(yōu)選地，銳角切口的角度為45°。切口軸向長(zhǎng)度L4為O. 5mm，在軸向長(zhǎng)度為L(zhǎng)5 = O. 25mm處中心位置開Φ0. 2mm的放氣孔6，由于切口進(jìn)口面積遠(yuǎn)大于放氣孔，氣流在切口內(nèi)速度非常低，熱電偶熱端4 (將熱端單獨(dú)拉出O. 25mm懸空)在此處測(cè)量溫度可近似認(rèn)為總溫，因此該切口即為所稱滯止罩。表I為本發(fā)明實(shí)施例穩(wěn)態(tài)探針各部件的具體尺寸。表一穩(wěn)態(tài)探針各部件的具體尺寸
權(quán)利要求
1.一種穩(wěn)態(tài)熵探針，其特征在于，包括基爾管，在所述基爾管的中部設(shè)置開孔；皮托管和外側(cè)包有套管的熱電偶從所述開孔伸入所述基爾管內(nèi)部；所述皮托管、所述熱電偶套管與所述基爾管密封固定；所述皮托管伸入所述基爾管內(nèi)部的與所述基爾管軸向平行的端部朝向基爾管內(nèi)的進(jìn)流方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的穩(wěn)態(tài)熵探針，其特征在于所述熱電偶位于所述皮托管相對(duì)于所述來流方向的后側(cè)，其伸入所述基爾管的長(zhǎng)度大于所述皮托管伸入所述基爾管的長(zhǎng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的穩(wěn)態(tài)熵探針，其特征在于所述熱電偶套管的頭部具有銳角切口作為滯止罩，所述滯止罩朝向基爾管內(nèi)的來流方向；在所述滯止罩的中部設(shè)置放氣孔，所述熱電偶的熱端懸空于所述滯止罩內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的穩(wěn)態(tài)熵探針，其特征在于所述銳角切口的角度為45°。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的穩(wěn)態(tài)熵探針，其特征在于所述基爾管位于所述進(jìn)流方向的開口四周的管壁自外向內(nèi)呈銳角斜切口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的穩(wěn)態(tài)熵探針，其特征在于所述銳角斜切口的角度為30°。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的穩(wěn)態(tài)熵探針，其特征在于所述基爾管、皮托管及熱電偶套管通過錫焊或激光焊密封固定。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的穩(wěn)態(tài)熵探針，其特征在于所述皮托管的外徑為O. 5mm ；所述熱電偶套管的外徑為O. 8mm ；所述基爾管的內(nèi)徑為I. 5mm,外徑為I. 8mm,長(zhǎng)度為5mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的穩(wěn)態(tài)熵探針，其特征在于所述基爾管中部設(shè)置兩個(gè)開孔；所述皮托管和外側(cè)包有套管的熱電偶分別從其對(duì)應(yīng)的開孔伸入所述基爾管內(nèi)部。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種穩(wěn)態(tài)熵探針。該穩(wěn)態(tài)熵探針包括基爾管，在基爾管的中部設(shè)置開孔；皮托管和外側(cè)包有套管的熱電偶從開孔伸入基爾管內(nèi)部；皮托管伸入基爾管內(nèi)部的與基爾管軸向平行的端部朝向基爾管內(nèi)的進(jìn)流方向。由于采用熱電偶、皮托管等常規(guī)的穩(wěn)態(tài)測(cè)量元件，因此本發(fā)明降低了熵探針的成本。
文檔編號(hào)G01D21/00GK102937458SQ20111023252
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2011年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月15日
發(fā)明者王永生, 林峰, 聶超群 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所