[发明专利]一种热线测量风洞流场扰动模态方法

说明书

本发明公开了一种热线测量风洞流场扰动模态方法，属于流场测试技术领域。本发明根据热丝工作电压的无量纲脉动值θ与热丝灵敏度系数无量纲值r之间的拟合关系曲线特征，判断流场扰动的四种模态：涡、熵、声学和混合模态。本发明的一种热线测量风洞流场扰动模态方法，探头安装简单易行，测量方法明确，可以准确测量流场的扰动模态，为流场扰动模态评估和流场品质优化提供依据。

技术领域

本发明属于流场测试技术领域，具体涉及一种热线测量风洞流场扰动模态方法。

背景技术

风洞流场在不同的流速、温度和洞体结构条件下，存在以下四种扰动模态：当扰动以温度脉动为主导时，称为熵模态；当扰动以速度脉动为主导时，称为涡模态；当扰动以静压脉动为主导时，称为声学模态；当无明显突出脉动量时，称为混合模态。测量风洞流场扰动模态，可以掌握风洞流场扰动的主导因素和流动机理，进而对风洞流场品质进行评估和针对性优化。

现有技术主要采用脉动压力传感器或者麦克风测量风洞静压脉动，采用总温探头测量风洞温度脉动，采用粒子图像测速法等技术测量亚声速流场涡量，但是，无统一方法同时测量以上四种风洞流场扰动模态，无法测量流场的主导脉动量和模态变化特征。

基于热线的风洞流场扰动模态测量方法，采用连续变热线风速仪(简称热线)过热比方法，测量获得流场扰动图，根据流场扰动图特征，可分析获得亚跨超声速流场的四种扰动模态、主导脉动量和模态变化特征，测量方法直观可靠。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种热线测量风洞流场扰动模态方法，探头安装时，使热丝垂直于来流方向，采用连续变热线过热比测量方法，获得热丝在连续变过热比下的输出电压值信号，根据这一组数据作出电压值与热丝灵敏度系数之间拟合曲线，根据拟合曲线特征确定流场的扰动模态。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案：一种热线测量风洞流场扰动模态方法，该方法包括：

步骤1：将一维热线探头的热丝垂直于来流方向安装于流场核心流中；

步骤2：在流场中连续改变热丝过热比获得一组热线仪输出电压数据，热丝过热比a＝(R_w-R₀)/R_w，其中，R_w为热线在流场中加热时的工作电阻，R₀为热线在流场中的非工作电阻；

步骤3：根据公式1获得热丝工作电压的无量纲脉动值θ与热丝灵敏度系数无量纲值r之间的拟合关系曲线，横坐标值为r，纵坐标值为θ；

其中，

r＝F_CTA/G_CTA

式中，e′是热线过热比下的工作电压值均方根偏差；是热线过热比下的工作电压均值；T′是流场总温脉动均方根偏差；是流场总温脉动均值；是流场总温脉动值；ρ是流场密度，ρ′是流场密度均方根偏差，是流场密度均值；u是流场速度，u′是流场速度均方根偏差，是流场速度均值；是流场质量流脉动值；a_w是热丝过热比；A和B是热线校准常系数；a_*是热丝的电阻温度系数；R_*是热丝参考电阻值；η是热丝恢复系数；R_e是热丝未通电加热时在流场中的电阻；Re是流场雷诺数；T₀是气流总温；k是热线变过热比函数的斜率；

步骤4：根据θ与r的拟合曲线特征，判断流场扰动模态；

当扰动图中的拟合曲线具备以下特征时，判定流场扰动为熵模态，如图1所示：拟合曲线为直线，直线与横坐标相交于-α点附近；