CN107356288B - 一种用于低速流场的气流速度及温度复合测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于低速流场的气流速度及温度复合测量装置，该装置包括导流风罩、固定设置在导流风罩上的连接支臂以及设置在导流风罩上并分别与导流风罩的内部相连通的总压管、静压管，导流风罩的两端分别开设有导流风罩进气口、导流风罩出气口，该导流风罩出气口处设有热电偶。与现有技术相比，本发明通过设置导流风罩，保证了总压管的指向和来流方向一致，降低了对来流方向的敏感性，装置体积小巧，能够在空间狭小、流动复杂的区域同步测量低速流场的气流速度及温度，环境适应性好，测量准确，稳定性好，对流场扰动小，避免了测量时对测量区域的干扰，且既可以独立安装使用，又能够通过螺杆组装成测量阵列，布置简单，灵活性好。

Description

一种用于低速流场的气流速度及温度复合测量装置

技术领域

本发明属于气流测量技术领域，涉及一种用于低速流场的气流速度及温度复合测量装置。

背景技术

近年来，我国汽车产业发展迅猛，汽车产销量早已超过美国和日本，连续八年位居世界第一。随着汽车产业的不断发展，国家对汽车在燃油经济性、排放水平等方面的要求越来越高，同时消费者对汽车工作性能和使用舒适性等方面也越来越重视，这就促使汽车企业投入大量人力及物力开展发动机热管理、空调性能、车身空气动力学以及气动噪声等各方面的研究。在这些研究过程中，获得相关区域流场的速度和温度数据是不可或缺的。但由于汽车结构紧凑，现有测量仪器无法满足汽车内测量的要求，导致在相关实验过程中，无法进行测量或测量数据不准确。

目前，气流速度普遍采用皮托管或叶轮进行测量，而测量气流温度则多采用热电偶。其中，皮托管和叶轮测量气流速度时，都对气流的方向比较敏感，需要使皮托管或叶轮的布置方向与来流方向完全一致，才能保证测量的准确性，而且受皮托管尺寸和叶轮直径限制，需要有一定的安装空间才能进行探头布设；而热电偶测量气流温度时，必须将热电偶牢固地固定在测量点上，若直接将热电偶与汽车内某一零部件进行固定，不仅固定难度较大，而且还会影响汽车内各系统的正常工作。当需要在狭小空间内同时测量气流的速度和温度时(例如汽车散热器前后)，现有测量方式便存在明显的局限性：一是由于气流受到进气格栅、冷凝器和冷却风扇的影响，会变得不均匀，使测点气流方向不确定，影响测量的准确性；二是冷凝器和散热器之间的距离通常不到20mm，不利于测量仪器的布置；三是某些部件(如散热器，三元催化器等)温度较高，使测量仪器的工作环境过于恶劣，影响测量过程的正常进行。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种体积小、易于布设且环境适应性强的用于低速流场的气流速度及温度复合测量装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于低速流场的气流速度及温度复合测量装置，该装置包括导流风罩、固定设置在导流风罩上的连接支臂以及设置在导流风罩上并分别与导流风罩的内部相连通的总压管、静压管，所述的导流风罩的两端分别开设有导流风罩进气口、导流风罩出气口，该导流风罩出气口处设有热电偶。将总压管及静压管集成在一个小型且平直的导流风罩内，通过导流风罩保证总压管的指向与来流方向一致，降低对来流方向的敏感性，以适应复杂的流动环境，同时导流风罩能够对测量部件进行保护。

所述的导流风罩呈空心圆柱形，所述的连接支臂固定设置在导流风罩的外侧壁上，所述的热电偶与连接支臂固定连接。连接支臂靠近导流风罩出气口，以便将热电偶固定在连接支臂上，保证温度测量时的稳定性。

作为优选的技术方案，所述的导流风罩的内径为4-5mm，优选为4.32mm；外径为5-7mm，优选为6mm；长度为11-13mm，优选为12mm。因此，只要被测空间不小于14mm×14mm×12mm，即只要测量区域(如冷凝器和散热器之间)有不小于12mm的空隙，都可以采用本装置进行气流速度及温度的测量，灵活性好。

所述的导流风罩上位于导流风罩进气口的一端设有导流风罩引流部。该导流风罩引流部的一端与导流风罩的内侧面相连，另一端与导流风罩的外侧面相连，以便使气体顺利且平稳地进入导流风罩内。

所述的连接支臂的一端开设有螺孔。连接支臂通过螺孔与其它部件固定连接，以便将装置安装在其他部件上。

作为优选的技术方案，所述的连接支臂的高度为3-5mm，优选为4mm；外径为4-6mm，优选为5mm；螺孔优选为M3螺孔。

所述的装置还包括与连接支臂相适配的螺杆，该螺杆通过螺孔与连接支臂固定连接。螺杆与连接支臂上标准规格的螺孔相配合，将装置与螺杆装配在一起，并利用螺杆固定装置。

所述的连接支臂共设有4个，且4个连接支臂沿导流风罩的圆周方向均匀布设在导流风罩的侧面。4个连接支臂形成十字交叉状，每个连接支臂上均开设有螺孔，通过螺杆可方便快捷地将多个装置组装成测量阵列，可满足大跨度截面上气流速度和温度场的测量(如风洞喷口流场校测)要求。其中，阵列的稀疏通过螺杆的长度来调节，阵列大小(即装置数量)根据实际需要来确定，灵活便捷。利用本装置组成的阵列，配合压力扫描阀和温度测量模块，就可以实现流场速度和温度的同步快速测量。

所述的总压管包括沿导流风罩的轴向设置在导流风罩内的总压管水平部、设置在导流风罩外部的总压管竖直部以及设置在总压管水平部与总压管竖直部之间的总压管过渡部，所述的总压管水平部上位于导流风罩进气口的一端开设有总压管进气口。

作为优选的技术方案，所述的总压管进气口与导流风罩进气口之间的距离为2.5-3mm，优选为2.7mm，以减小测量时的流场扰动。

所述的总压管水平部的中轴线与导流风罩的中轴线共线，所述的热电偶上设有热电偶测量端，该热电偶测量端的中心处位于导流风罩的中轴线上。以保证气流速度及温度的测量结果准确可靠。

所述的静压管垂直于导流风罩的轴向并插设在导流风罩内，所述的静压管上位于导流风罩内部的一端开设有静压管进气口，所述的总压管进气口位于静压管进气口与导流风罩进气口之间。

作为优选的技术方案，所述的总压管及静压管的内径均为1.1-1.3mm，优选为1.2mm。

所述的总压管及热电偶均采用焊接方式与连接支臂固定连接，所述的静压管采用焊接方式与导流风罩固定连接。焊接方式固定牢靠，保证测量时的稳定性。

本发明在实际应用时，将总压管及静压管分别与测压计相连，根据总压管与静压管之间的压差，利用伯努利定理，即可得到测量点处的气流速度，同时导流风罩出气口处细小的热电偶能够对测量点处的温度进行测试，实现气流速度及温度的复合测量。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)通过设置导流风罩，保证了总压管的指向和来流方向一致，降低了对来流方向的敏感性，且装置体积小巧，能够在空间狭小、流动复杂的区域同步测量低速流场的气流速度及温度，环境适应性好，测量准确，稳定性好，对流场扰动小，避免了测量时对测量区域的干扰；

2)既可以独立安装使用，对狭小空间的气流速度及温度进行复合测量，又能够通过螺杆组装成测量阵列，以满足大跨度截面上气流速度和温度场的测量，布置简单，灵活性好。

附图说明

图1为本发明的剖视结构示意图；

图2为本发明组装成测量阵列后的结构示意图；

图3为实施例中装置的来流方向角标定曲线图；

图中标记说明：

1—导流风罩、101—导流风罩引流部、2—连接支臂、201—螺孔、3—导流风罩进气口、4—导流风罩出气口、5—总压管、501—总压管水平部、502—总压管竖直部、503—总压管过渡部、504—总压管进气口、6—静压管、601—静压管进气口、7—热电偶、701—热电偶测量端、8—螺杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例：

如图1所示的一种用于低速流场的气流速度及温度复合测量装置，该装置包括导流风罩1、固定设置在导流风罩1上的连接支臂2以及设置在导流风罩1上并分别与导流风罩1的内部相连通的总压管5、静压管6，导流风罩1的两端分别开设有导流风罩进气口3、导流风罩出气口4，该导流风罩出气口4处设有热电偶7。

其中，导流风罩1呈空心圆柱形，连接支臂2固定设置在导流风罩1的外侧壁上，热电偶7与连接支臂2固定连接。导流风罩1上位于导流风罩进气口3的一端设有导流风罩引流部101。连接支臂2的一端开设有螺孔201。装置还包括与连接支臂2相适配的螺杆8，该螺杆8通过螺孔201与连接支臂2固定连接。连接支臂2共设有4个，且4个连接支臂2沿导流风罩1的圆周方向均匀布设在导流风罩1的侧面。

总压管5包括沿导流风罩1的轴向设置在导流风罩1内的总压管水平部501、设置在导流风罩1外部的总压管竖直部502以及设置在总压管水平部501与总压管竖直部502之间的总压管过渡部503，总压管水平部501上位于导流风罩进气口3的一端开设有总压管进气口504。总压管水平部501的中轴线与导流风罩1的中轴线共线，热电偶7上设有热电偶测量端701，该热电偶测量端701的中心处位于导流风罩1的中轴线上。

静压管6垂直于导流风罩1的轴向并插设在导流风罩1内，静压管6上位于导流风罩1内部的一端开设有静压管进气口601，总压管进气口504位于静压管进气口601与导流风罩进气口3之间。

总压管5及热电偶7均采用焊接方式与连接支臂2固定连接，静压管6采用焊接方式与导流风罩1固定连接。

在实际应用时，本装置可独立安装使用，即将总压管5及静压管6分别与测压计相连，根据总压管5与静压管6之间的压差，利用伯努利定理，即可得到测量点处的气流速度，同时导流风罩出气口4处细小的热电偶7能够对测量点处的温度进行测试，实现气流速度及温度的复合测量。本装置还可通过螺杆8组装成测量阵列，如图2所示。

图3为装置的来流方向角标定曲线图，通过对该装置的来流方向敏感性进行标定，可知当来流方向在-65°至55°之间时，该装置的测量值与实际值基本相同，可见，通过导流风罩1可以保证在一定角度内总压管5与来流方向的一致性，使来流方向的敏感性大大降低。其中，Pa*-P*为气流压力的测量值与实际值之差，ρ为气流密度，ν为气流速度。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于低速流场的气流速度及温度复合测量装置，其特征在于，该装置包括导流风罩(1)、固定设置在导流风罩(1)上的连接支臂(2)以及设置在导流风罩(1)上并分别与导流风罩(1)的内部相连通的总压管(5)、静压管(6)，所述的导流风罩(1)的两端分别开设有导流风罩进气口(3)、导流风罩出气口(4)，该导流风罩出气口(4)处设有热电偶(7)；

所述的总压管(5)包括沿导流风罩(1)的轴向设置在导流风罩(1)内的总压管水平部(501)、设置在导流风罩(1)外部的总压管竖直部(502)以及设置在总压管水平部(501)与总压管竖直部(502)之间的总压管过渡部(503)，所述的总压管水平部(501)上位于导流风罩进气口(3)的一端开设有总压管进气口(504)。

2.根据权利要求1所述的一种用于低速流场的气流速度及温度复合测量装置，其特征在于，所述的导流风罩(1)呈空心圆柱形，所述的连接支臂(2)固定设置在导流风罩(1)的外侧壁上，所述的热电偶(7)与连接支臂(2)固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于低速流场的气流速度及温度复合测量装置，其特征在于，所述的导流风罩(1)上位于导流风罩进气口(3)的一端设有导流风罩引流部(101)。

4.根据权利要求1所述的一种用于低速流场的气流速度及温度复合测量装置，其特征在于，所述的连接支臂(2)的一端开设有螺孔(201)。

5.根据权利要求4所述的一种用于低速流场的气流速度及温度复合测量装置，其特征在于，所述的装置还包括与连接支臂(2)相适配的螺杆(8)，该螺杆(8)通过螺孔(201)与连接支臂(2)固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于低速流场的气流速度及温度复合测量装置，其特征在于，所述的连接支臂(2)共设有4个，且4个连接支臂(2)沿导流风罩(1)的圆周方向均匀布设在导流风罩(1)的侧面。

7.根据权利要求1所述的一种用于低速流场的气流速度及温度复合测量装置，其特征在于，所述的总压管水平部(501)的中轴线与导流风罩(1)的中轴线共线，所述的热电偶(7)上设有热电偶测量端(701)，该热电偶测量端(701)的中心处位于导流风罩(1)的中轴线上。

8.根据权利要求1所述的一种用于低速流场的气流速度及温度复合测量装置，其特征在于，所述的静压管(6)垂直于导流风罩(1)的轴向并插设在导流风罩(1)内，所述的静压管(6)上位于导流风罩(1)内部的一端开设有静压管进气口(601)，所述的总压管进气口(504)位于静压管进气口(601)与导流风罩进气口(3)之间。

9.根据权利要求1所述的一种用于低速流场的气流速度及温度复合测量装置，其特征在于，所述的总压管(5)及热电偶(7)均采用焊接方式与连接支臂(2)固定连接，所述的静压管(6)采用焊接方式与导流风罩(1)固定连接。