專利名稱：基于局部壓力測量二維流路內(nèi)t-s波的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于流動(dòng)測試技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種基于局部壓力測量二維流路內(nèi)τ-s波的新方法。
背景技術(shù)：
具有不同壁面形狀的二維流路作為反應(yīng)器、換熱器的基本單元，廣泛地應(yīng)用在能源、石油化工、生物化工和生物制藥等領(lǐng)域。T-S波,是Tollmien-Schlichting wave的簡稱，它是當(dāng)流動(dòng)的雷諾數(shù)超過某一臨界值時(shí)二維流路內(nèi)產(chǎn)生的一種周期性的不穩(wěn)定流動(dòng)行為。當(dāng)T-S波出現(xiàn)時(shí)，流路內(nèi)的局部流速隨時(shí)間呈現(xiàn)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(nèi)的熱量質(zhì)量傳遞速率與T-S波的自然頻率具有極為密切的關(guān)系；如果能夠獲得T-S波的自然頻率，通過一定的技術(shù)手段在原流動(dòng)上疊加一個(gè)與該自然頻率相同或者相近的振動(dòng)流動(dòng)，可以使原來的熱量質(zhì)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(qiáng)化效果。因此，通過實(shí)驗(yàn)測試的手段獲得T-S波的自然頻率對采用有效的技術(shù)強(qiáng)化熱質(zhì)傳遞過程具有重要的意義。根據(jù)T-S波的性質(zhì)，通常采用測量流路內(nèi)局部流速、記錄流速隨時(shí)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(shí)現(xiàn)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(shè)備，其操作也較復(fù)雜，不具有普遍采用的可能性。此外有研究表明，當(dāng)T-S波出現(xiàn)時(shí)，除了局部速度隨時(shí)間呈周期性變化夕卜，受其影響，壁面剪切應(yīng)力也呈現(xiàn)出相似的行為，因此亦可以采用記錄壁面剪切應(yīng)力的時(shí)間歷程的方法進(jìn)而得到T-S波相關(guān)頻率及振幅性質(zhì)。但通常測量壁面剪切應(yīng)力的方法也相對復(fù)雜，有研究采用電化學(xué)方法測量，需要配置電極、電化學(xué)溶液、標(biāo)定電化學(xué)溶液的濃度及擴(kuò)散系數(shù)、根據(jù)邊界層理論推導(dǎo)由擴(kuò)散電流計(jì)算壁面剪切應(yīng)力的公示等，不易準(zhǔn)確把握，實(shí)際應(yīng)用也受到限制。目前根據(jù)局部壓力來得到T-S波進(jìn)而得出其自然頻率及振幅的實(shí)驗(yàn)測試方法幾乎未見報(bào)道。根據(jù)已有相關(guān)研究，T-S波產(chǎn)生時(shí)的速度波動(dòng)既然會(huì)引發(fā)壁面剪切應(yīng)力產(chǎn)生趨勢相同的波動(dòng)，那么也必然會(huì)促發(fā)類似的流動(dòng)參數(shù)如局部壓力呈現(xiàn)出類似的行為。此為本發(fā)明的立足點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種利用壓力傳感器測量局部壓力的時(shí)間歷程、對得到的壓力信號直接處理進(jìn)而得到T-S波自然頻率的方法。操作者只需在經(jīng)過穩(wěn)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(jù)壓力信號隨時(shí)間的變化數(shù)據(jù)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(guān)測量。本發(fā)明的技術(shù)方案包括以下步驟步驟1:將循環(huán)水泵和流量計(jì)連接到待測二維流路的循環(huán)系統(tǒng)中，建立自循環(huán)流動(dòng)系統(tǒng)；
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(nèi)部，壓力傳感器與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連。設(shè)計(jì)二維流路的穩(wěn)流入口，使得由測量系統(tǒng)管路進(jìn)入到二維流路時(shí)的流道內(nèi)的流體以15-20度漸變流的形式進(jìn)入，經(jīng)入口后形成穩(wěn)定的充分發(fā)展流動(dòng)。步驟2 :利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄局部壓力在不同流動(dòng)雷諾數(shù)下隨時(shí)間變化的信號。當(dāng)雷諾數(shù)增加到某臨界值以上時(shí)會(huì)分別記錄到I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(shí)間歷程處理得到T-S波的自然頻率和振幅。通過數(shù)據(jù)處理得到的局部壓力直觀呈現(xiàn)T-S的周期性及頻率和振幅特性。本發(fā)明提供一種快速準(zhǔn)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(guān)設(shè)備都是成本低，推廣方便，數(shù)據(jù)處理方法簡單直觀，容易掌握。


圖1是自循環(huán)流動(dòng)系統(tǒng)不意圖。圖2是局部壓力測試系統(tǒng)示意圖。圖3是以局部壓力表示的T-S波。圖中①離心泵旁路閥控制閥；@流量計(jì)；⑤二維流路； 溢流槽；⑦循環(huán)水槽；⑧壓力傳感器；⑨數(shù)據(jù)采集卡丨⑩計(jì)算機(jī)；
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施例。實(shí)施例1實(shí)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(huán)流動(dòng)系統(tǒng)。步驟I安裝壓力傳感器。將直徑為8mm的壓阻式壓力傳感器(量程O IOOkPa)安裝在鉆好孔的凹槽流路⑤上，并連接好數(shù)據(jù)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(dòng)離心泵①維持流動(dòng)系統(tǒng)工作流體的循環(huán)；控制閥③控制進(jìn)入測試段的流量；流量由電磁流量計(jì)④精確計(jì)量；測試段出口設(shè)溢流槽⑥以消除重力的影響。步驟3開啟計(jì)算機(jī)⑩的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，逐漸開大控制閥③增加流量，從計(jì)算機(jī)顯示屏上觀察，當(dāng)局部壓力呈現(xiàn)周期性信號時(shí)開始記錄以電壓顯示的局部壓力的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)5秒鐘以上，數(shù)據(jù)采集停止后保存數(shù)據(jù)文件至計(jì)算機(jī)。重復(fù)上述步驟，繼續(xù)增大流量將會(huì)得到更高階的周期性信號。步驟4數(shù)據(jù)處理。根據(jù)數(shù)據(jù)采集回路中使用的電阻值，換算出各時(shí)刻真實(shí)的局部壓力值；采用濾波手段對局部壓力隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)在一定帶寬下進(jìn)行處理，最后得到如圖3所示的以局部壓力表示的T-S波。從該圖中可以很方便地得出不同雷諾數(shù)下T-S波的自然頻率以及振幅等重要性質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種基于局部壓力測量二維流路內(nèi)T-S波的方法，其特征包括以下步驟，步驟1:將循環(huán)水泵和流量計(jì)連接到待測二維流路的循環(huán)系統(tǒng)中，建立自循環(huán)流動(dòng)系統(tǒng)； 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(nèi)部；壓力傳感器與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連； 由測量系統(tǒng)管路進(jìn)入到二維流路時(shí)的流道內(nèi)的流體以15-20度漸變流的形式進(jìn)入，經(jīng)穩(wěn)流入口后形成穩(wěn)定的充分發(fā)展流動(dòng)； 步驟2:利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄局部壓力在不同流動(dòng)雷諾數(shù)下隨時(shí)間變化的信號；當(dāng)雷諾數(shù)增加到某臨界值以上時(shí)會(huì)分別記錄到I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(shí)間歷程處理得到T-S波的自然頻率和振幅。通過數(shù)據(jù)處理得到的局部壓力直觀呈現(xiàn)T-S的周期性`及頻率和振幅特性。
全文摘要
一種基于局部壓力測量二維流路內(nèi)T-S波的方法，屬于流動(dòng)測試技術(shù)領(lǐng)域。該方法先將循環(huán)水泵和流量計(jì)連接到待測二維流路的循環(huán)系統(tǒng)中，建立自循環(huán)流動(dòng)系統(tǒng)，而后在二維流路壁面上面接觸安裝壓力傳感器，在接觸面的中心鉆孔直通流路內(nèi)部；壓力傳感器與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連；由測量系統(tǒng)管路進(jìn)入到二維流路時(shí)的流道內(nèi)的流體以漸變流的形式進(jìn)入，經(jīng)穩(wěn)流入口后形成穩(wěn)定的充分發(fā)展流動(dòng)；記錄局部壓力在不同流動(dòng)雷諾數(shù)下隨時(shí)間變化的信號，由局部壓力的時(shí)間歷程處理得到T-S波的自然頻率和振幅。本發(fā)明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(guān)設(shè)備都是成本低，推廣方便，數(shù)據(jù)處理方法簡單直觀，容易掌握。
文檔編號G01H3/04GK103076080SQ20131000330
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月6日
發(fā)明者卞永寧 申請人:大連理工大學(xué)