[发明专利]一种壁面剪应力测量方法

说明书

本发明属于流体测量技术领域，具体涉及一种壁面剪应力测量方法。其中壁面剪应力的测量方法中采用平行阵列热线探头一次性同时测量近壁区粘性底层中的距离壁面不同高度的两个位置点的速度，因脉动流速很小，由脉动流速产生的附加剪应力也很小，在粘性底层粘滞剪应力起主导作用，粘性底层中的速度与壁面距离是呈线性分布的，其斜率(U₂－U₁)/d与动力粘度系数μ的乘积即为剪应力；测量时将平行阵列热线探头搭载在机械臂上，通过上位机控制机械臂控制驱动器驱动机械臂移动来调整，可以实现壁面不同位置进行快速移动，很好的解决了壁面不同位置剪应力的测量需求。

技术领域

本发明属于流体测量技术领域，具体涉及一种壁面剪应力测量方法。

背景技术

壁面剪应力是研究、判断流场形态以及速度边界层状态等的重要基础参数，但壁面剪应力测量一直是实验流体力学的难点。随着现代实验流体力学测量技术的不断发展，流体壁面剪应力的新型测量技术得到了越来越多的关注。

传统壁面剪应力测量方法包括直接测量方法和间接测量方法，其中直接测量方法有表面油膜法、浮动天平法、表面热膜法等，这类测量方法普遍存在标定误差大、安装困难、频率响应较低等问题，难以满足流体壁面剪应力精确测量要求，只能粗略测量剪应力分布情况；间接测量方法主要借助于皮托管、热线风速仪(HWA)、激光多普勒测速仪(LDV)仪器测量速度边界层，根据边界层的分布特性(如线性区、对数区等)，间接地获得壁面剪应力，但这类测量方法适用范围有限，比如，皮托管在超声速流动中不适用，原因在于皮托管头部出现离体激波，总压孔感受的是波后总压，来流静压难以测准；而现有的热线风速仪(HWA)不能同时测量近壁区不同高度位置的速度，需要多次测量不同高度位置的速度，再计算得到近壁区的壁面剪应力；而激光多普勒测速仪(LDV)对于被测流体需要有一定的透明度，在测纯净的水或空气速度时，需要由人工掺入适量的粒子作散射中心，流速很高时要求提高激光输出功率，由于信号频率很高而使信号处理困难等，局限性较大，同时也难以获得壁面剪应力的动态信息。

如中国专利CN108387483A公开了一种壁面切应力测量方法，其公开了采用传感器对壁面切应力进行测量，传感器由两片镍箔和一层聚酰亚胺薄膜构成，两片镍箔通电加热至同一温度，其中一片镍箔与流场中的流体直接接触，与流体热交换，作为敏感元件；另一片镍箔安装在聚酰亚胺薄膜另一侧的对应位置，作为敏感元件的衬底，使用此传感器进行壁面剪应力测量时，通过粘合剂将传感器粘贴在壁面，采用测量通过镍箔的电流和镍箔两端的电压，计算出该元件的发热功率，从而计算出传感器位置处的切应力，虽然此测量方法无需对传感器进行标定，但是此测量方法仍存在一些问题，测量时需要通过粘合剂将传感器贴合在壁面再进行测量，如果在测量完成后需要对另一位置处壁面的剪应力测量时，必须先将传感器从壁面撕下后再粘贴到该待测位置才能进行测量，测量过程较为复杂，而且在撕下的过程中容易造成对传感器的损坏，导致测量过程无法进行。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种壁面剪应力测量方法。

本发明的一个目的在于提供了一种平行阵列热线探头，包括绝缘基底，其上设有通风槽；

第一热敏元件，其两端分别固设于所述绝缘基底上，所述第一热敏元件横跨所述通风槽；

第二热敏元件，其与所述第一热敏元件平行间隔设置，所述第二热敏元件两端分别固设于所述绝缘基底上，且横跨所述通风槽。

优选地，所述平行阵列热线探头，还包括

第一覆铜导线，固定在所述绝缘基底表面，其一端与所述第一热敏元件连接，另一端连接有第一导电接头；

第二覆铜导线，固定在所述绝缘基底表面，与所述第一覆铜导线平行间隔设置，其一端与所述第二热敏元件连接，另一端连接有第二导电接头；

所述第一导电接头和第二导电接头平行间隔设置。