[发明专利]稳态熵探针

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子行业流体场测量技术领域，尤其涉及一种用于狭小通道大流动角度复杂漩涡流场的微型稳态熵探针。

背景技术

当代叶轮机械在追求高压比、小尺寸的前提下还要兼顾高效率，而内部流动的好坏直接影响着效率。基于流场中的熵产的分布，在探讨损失机理的同时可直观分析叶轮机械各部件的流动损失对效率影响的权重，能够为设计人员对叶轮机械的设计及优化提供有效的信息。因此，对流场的熵产的测量显得十分迫切。

熵产无法直接进行测量，只能通过测量所得总压值和总温值间接获取。目前熵产测量中的总压与总温测量中主要应用高频响动态压力传感器(高频响动态探针)和温度传感器(高频响热膜)，其价格昂贵、尺寸较大，并且在计算熵产的时候主要利用总压和总温的算术平均值。图1为现有技术应用于叶轮机械中非稳态熵探针的实物照片。如图1所示，其采用压力孔内装有高频响动态探针测量总压，气流角度变化大对其测量效果有很大影响；头部基片上贴有高频响热膜，热膜两端的不同温度的馈电电流，通过如建立热传导及对流换热方程即可计算出热膜所测量总温值，最后由总压和总温值通过公式一计算熵产，

Δs=cplnTtTt,ref-RlnlnPtPt,ref]]>公式一

其中，Δs为熵产，其单位为J/K；c_p为定压比热容，其单位为J/(kg.K)；R为气体常数，其单位为J/kg.K；T为总温，其单位为K，P为总压，其单位为Pa，T_t，ref为参考总温，其单位为K，P_t，ref为参考总压，其单位为Pa。

申请人意识到：目前基于高频响动态探针及高频响热膜的非稳态熵探针，通过锁相平均(算术平均)虽然能够提供熵产分布云图，但造价非常昂贵，不利于其在熵测量领域普及应用；并且针对叶轮机械内部流动具有高马赫数、流动方向和速度剧烈以及流动通道狭小等特征，考虑到传感器的尺寸以及对气流角度的敏感性，目前的非稳态熵探针无法满足测量要求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种稳态熵探针，以降低熵探针的成本，提高其对叶轮机械内部环境的适应能力。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种稳态熵探针。该稳态熵探针包括：基尔管，在基尔管的中部设置开孔；皮托管和外侧包有套管的热电偶从开孔伸入基尔管内部；皮托管伸入基尔管内部的与基尔管轴向平行的端部朝向基尔管内的进流方向。

优选地，本发明稳态熵探针中，热电偶位于皮托管相对于来流方向的后侧，其伸入基尔管的长度大于皮托管伸入基尔管的长度。

优选地，本发明稳态熵探针中，热电偶套管的头部具有锐角切口作为滞止罩，滞止罩朝向基尔管内的来流方向；在滞止罩的中部设置放气孔，热电偶的热端悬空于滞止罩内。优选地，锐角切口的角度为45°。

优选地，本发明稳态熵探针中，基尔管位于进流方向的开口四周的管壁自外向内呈锐角斜切口。优选地，锐角斜切口的角度为30°。

优选地，本发明稳态熵探针中，基尔管、皮托管及热电偶套管通过锡焊或激光焊密封固定。

优选地，本发明稳态熵探针中，皮托管的外径为0.5mm；热电偶套管的外径为0.8mm；基尔管的内径为1.5mm，外径为1.8mm，长度为5mm。

优选地，本发明稳态熵探针中，基尔管中部设置两个开孔；皮托管和外侧包有套管的热电偶分别从其对应的开孔伸入基尔管内部。

(三)有益效果