[发明专利]一种多角度测量装置及方法

说明书

发明公开一种多角度测量装置及方法。所述装置包括风道测试部(1)、三角支架(3)和烟气喷射口(12)；风道测试部(1)前后端各布置一个匀速网格(2)；三角支架(3)用于固定待测物体，三角支架(3)安装在底座(4)上，底座(4)可在XY方向上平移三角支架(3)，由步进电机或手动调节XY方向的移动量；待测物体的待测表面上方安装比托管支架(6)；比托管支架(6)可以上下移动，并能180度旋转和仰角度调节；烟气喷射口(12)安装在风道测试部(1)的进气前段，喷出烟气直观显示流场分布。

技术领域

本发明属于流体力学和传热学技术领域，具体涉及一种多角度测量装置及方法。

背景技术

流体以速度u_∞平行流过平板，当流体质点接触到平板表面时，它们的速度降为零。由于流体具有黏性，这些质点又会阻碍临近的流体层中质点的运动，使其速度降低接近于零，而后者又阻碍上一层质点的运动，降低其速度，依次类推，直到离开平板表面的距离y＝δ时，这种影响才可以忽略。随着离开表面的距离y的增加，流体的速度分量u逐渐增加，直到接近自由流u_∞的值。通常定义u＝0.99u_∞的y值为边界层厚度δ。随着离前缘距离的增加，黏性的影响逐步渗透进自由流，边界层也相应增厚。

如图1所示，由于边界层的存在，流体的流动可分成两个不同区域来描述，一个是很薄的流体层，其中速度梯度和切应力很大；另一个是边界层以外的区域，这里速度梯度和切应力可以忽略。

由于与流体速度相关，所以边界层又称为速度边界层。只要有流体流过物体表面，就会产生边界层。边界层在流体传热传质中起到非常重要的作用。

在流体力学中，对于外部流动的局部摩擦系数C_f与表面切应力τ_s关系密切：

对于牛顿流体，由于流体黏度μ产生的表面切应力τ_s可由表面处的速度梯度计算：

如果物体表面温度与流体的温度不同，就会产生热边界层。流体流过平板表面前温度T_∞分布是均匀的。当流体质点接触到平板表面时，由于温度不同会发生热交换达到热平衡，而处于平板的表面温度T_s。类似于速度边界层，这些质点和邻近流体层中的质点会发生热交换，并在流体中产生温度梯度。这个存在温度梯度的流体区域就是热边界层。通常按T_s-T＝0.99(T_∞-T)温度区域定义热边界层的厚度。随着离开前缘的距离的增加，传热的影响逐步渗透进自有流，相应地，热边界层会增厚。

流体与平板由于温差而产生的局部表面热流密度可以通过对y＝0的流体应用傅里叶定律得到：

流体与表面的局部对流换热系数：

发明内容

本发明的目的针对测量流体速度边界层和热边界层，提出一种多角度测量装置及方法。所述多角度测量装置可以测定某一定点的流体速率和方向，适用于不同形状表面的速度边界层；还可以测不同形状表面的热边界层内温度分布。

本发明采用如下技术方案：

一种多角度测量装置，包括风道测试部1、三角支架3和烟气喷射口12；风道测试部1前后端各布置一个匀速网格2；三角支架3用于固定待测物体，三角支架3安装在底座4上，底座4能够在XY方向上平移三角支架3，待测物体位于风道测试部1内；比托管支架6上安装有比托管5或温度探头；比托管5或温度探头设置在待测物体的待测表面上方；比托管支架6能够上下移动，并能180度旋转和俯仰角度调节，用于调节比托管5或温度探头的测试方向；烟气喷射口12安装在风道测试部1的进气段，用于喷出烟气。