CS251190B1 - Zařízení pro měření statistických charakteristik složek vektoru fluktuací proudění - Google Patents

Abstract

Zařízení obsahuje dvojici sond tvořených válcovými tělesy, z jejichž čelní strany vyčnívají dva nosníky spojené na vyčnívajících koncích žhavenými drátky. Podstata řešení spočívá v tom, že sondy jsou na společné podélné ose uloženy proti sobě otočně a posuvně, přičemž jeden žhavený drátek je nastaven vůči směru vektoru proudění pod úhlem, při němž jsou fluktuace výstupního elektrického napětí přímo úměrné součtu fluktuací podélné a gříčné složky rychlosti proudění, a druhý žhavený drátek je nastaven vůči směru vektoru proudění pod úhlem, při němž jsou fluktuace výstupního elektrického napětí přímo úměrné rozdílu fluktuací podélné a příčné složky rychlosti proudění.

Description

Vynález se týká zařízeni pro měřeni jednoduchých a smíšených statistických charakteristik podélné a příčné složky vektoru fluktuací rychlosti v nestacionárnim proudu tekutiny, zejména pro měřeni turbulentního smykového napětí.

Pro tato měření v určitém bodě časoprostoru se běžně používá anemometru se sondou tvořenou tělesem, obvykle válcovitým, z něhož vyčnívají alespoň dva nosníky, jejichž vyčnívající konce jsou spojeny žhaveným drátkem. Těleso sondy se pevně, tj. neotočně a neposuvné, uchytí ve stěně vymezující měřící prostor. Často jsou v jednom válcovém tělese sondy upevněny dva páry nosníků a každý pár je zakončen žhaveným drátkem. Nosníky jsou ve společném tělese umístěny tak, že podélné osy žhavených drátků jsou vzájemně geometricky uspořádány paralelně, ve tvaru písmene V nebo písmene X. V obou posledních případech svírají žhavené drátky většinou úhel + 4 5° vůči předpokládanému směru střední unášivé rychlosti, tedy většinou vůči ose souměrnosti nosníků žhavených drátků, respektive vůči podélné ose tělesa sondy.

Je známo, že ochlazováni sondy se žhaveným drátkem je popisováno poloempirickými zákony. Hodnoty konstant těchto zákonů pro jednotlivě sondy je nutno stanovit měřením, přičemž závisí u každého jednotlivého kusu sondy, a to i u téhož typu, na jemných individuálních rozdílech v jejich konstrukci, respektive provedení, tj. na fyzikálních a geometrických vlastnos těch. Tyto rozdíly jsou tím větší, čím je sonda složitější, jako je tomu u dvou- a vícedrátkových sond, například právě u sond se žhavenými drátky uspořádanými do tvaru X nebo V.

251 190

Uvedené vícedrátkové sondy mají zásadní nevýhodu v tom_z že nastavení žhavených drátků je neměnné a nelze je před měřením přizpůsobit podmínkám měřeni. Zpracování signálů přicházejících současně z každého žhaveného drátku předpokládá shodu ve sklonu žhavených drátků, které mohou vykazovat maximálně odchylku + 0,2°. Současně musí být žhavené drátky nastaveny souměrně opačně pod úhlem 45° vůči směru středního prouděni. Při běžně používané délce žhavených drátků od 0,5 do 1,5 mm a průměru 3 až 5 mikrometrů je to výrobní požadavek splnitelný jen zcela náhodně nebo s mimořádnými obtížemi, protože například u sond ve tvaru X by bylo nutno, každou dvojici nosníků, k jejichž koncům je vodivě připojen žhavený drátek, vyrobit s přesnosti, při které relativní odchylka od návrhového rozdílu délek nepřesahuje + 0,35?í. Určeni těchto geometrických parametrů pro účely třídění sond výběrem je krajně obtížné. Další nevýhoda sond ve tvaru X nebo V pramení z toho, že celkové citlivosti šikmo obtékaných žhavených drátků jsou různé, takže i kdyby se docílilo ideálního provedení dvoudrátkové sondy se sklony žhavených drátků + 45° vůči směru střední rychlosti, i tehdy by měřeni bylo zatížené chybou, nebot jejich rozdílná citlivost způsobí, že součet, respektive rozdíl fluktuací signálu z obou žhavených drátků není úměrný pouze podélné, respektive příčné složce fluktuaci rychlosti prouděni.

Uvedené nevýhody odstraňuje zařízeni pro měření statistických charakteristik složek vektoru fluktuaci rychlosti prouděni, podle vynálezu obsahující dvojici sond, tvořených válcovými tělesy, z jejichž čelní strany vyčnívají dva nosníky spojené na vyčnívajících koncích žhavenými drátky. Podstata vynálezu spočívá v tom, že sondy jsou na společné podélné ose uloženy proti sobě otočně a posuvně, přičemž jeden žhavený drátek je nastaven vůči směru vektoru prouděni pod úhlem pro dosaženi přímé úměrnosti fluktuaci výstupního elektrického napětí součtu fluktuaci podélné a přímé složky rychlosti prouděnijV rozmezí 30 až 60° a druhý žhavený drátek je nastaven

251 190 vůči směru vektoru prouděni pod úhlem prodosažení přímé úměrnosti fluktuaci výstupního elektrického napětí rozdílu fluktuaci podélné a příčné složky rychlosti prouděni_zv rozmezí JO až 60°.

Zařízeni upravené podle tohoto vynálezu má výhodu v tom, že i když se přestup tepla a celková citlivost obou žhavených drátků v důsledku výrobní nepřesnosti významně liší, lze předem při kalibraci v proudu definovaného směru, například před měřením turbulentního smykového napětí, snadno určit a provést přesné nastaveni směrů podélných os obou žhavených drátků tak, aby součet, respektive rozdíl fluktuaci signálu z těchto žhavených drátků byl úměrný pouze podélné, respektive příčné složce fluktuaci rychlosti prouděni, přičemž použité sondy představuji výrobně nejjednodušši typ, nebot jsou to vlastně standartni běžně vyráběné sondy.

V důsledku suvného a otočného uloženi těchto sond lze žhavené drátky prostorově nastavit do takového tvaru, aby sonda získala vlastnosti, které předpokládá teorie měření.

Zařízeni uspořádané podle tohoto vynálezu je schematicky znázorněno na přiloženém výkresu, kde obr. 1 znázorňuje dvojici sond upevněnou v držáku. Obr. 2 a 3 představuje geometrické uspořádání žhavených drátků, přičemž obr. 2 představuje zvětšeni části vymezené na obr. 1 kroužkem A a obr.

představuje schematické nastaveni polohy žhavených drátků vůči vektoru střední rychlosti.

V příkladném provedeni se každá sonda skládá z válcového tělesa 7., do kterého je z vnější strany zavedeno elektrické vedení 8, které je na vnitřní čelní straně napojeno na dva nosníky 5. spojené na vyčni vaj i ci ch koncích žhaveným drátkem 4. Lze použit běžně vyráběných sond. Dvojice sond se ukládá do společného držáku 3_, který má například tvar můstku, z něhož vybíhají dvě rovnoběžná ramena 6. V každém ramenu 6 je uložena jedna sonda tak, aby obě sondy ležely proti sobě na společné podélné ose 2. Sondy jsou uloženy jednak otočně kolem podélné osy 2., aby jejich natočením bylo možno měnit

- 4 251 190 úhly oc ,c<g pro dosaženi přímé úměrnosti fluktuaci výstupního elektrického napětí součt u_? re spekt i ve rozdílu fluktuaci podélné a příčné složky rychlosti prouděni/ které svírají žhavené drátky £ se směrem vektoru £ prouděni. Směr vektoru £ prouděni zde představuje směr střední rychlost proudu. Jednak jsou uloženy posuvně ve směru jejich podélné osy £, aby bylo rnožno nastavit vzdálenost mezi žhavenými drátky £ obou sond. Dvojice sond se seřídí na kalibrovacím zařízeni/ u něhož je znám směr vektoru £ proudění. Držák £ se při seřizováni nastaví směrově tak_z aby směr vektoru 1 proudění byt kolmý k podélné ose 2 sond a rovnoběžný s podélnou osou držáku 3. Podélné osy žhavených drátků 4 přitom leži v rovinách/ které lze prakticky považovat jednak za vzájemně rovnoběžné, jednak za kolmé k podélné ose 2 sond, čímž tyto roviny, v nichž se pohybují žhavené drátky £ při otáčeni kolem společné podélné osy 2 sond, jsou prakticky rovnoběžné se směrem vektoru £ proudění.

Ma začátku měřeni se po přesném vyšetření směrové citlivosti žhaveného drátku 4 na směru vektoru 1 proudění u první z obou standartních sond, nastaví tato sonda do optimální polohy, kdy podélná osa jejího žhaveného drátku £ svírá se směrem vektoru 1 proudění úhel cx. pro dosažení přímé úměrnosti fluktuací výstupního elektrického napětí součtu fluktuaci podélné a příčné složky rychlosti prouděni. V této poloze se první sonda zajistí.

Potom se v témže proudu tekutiny, za jinak nezměněných podmínek, zejména při nezměněné poloze držáku £, vyšetří směrová závislost druhé sondy a tato sonda se nastaví tak, aby podélná osa jejího žhaveného drátku £ svírala se směrem vektoru £ proudění úhel cx. ., pro dosažení přímé úměrnosti fluktuaci výstupního elektrického napěti rozdílu fluktuací podélné a přímé složky rychlosti proudění, přibližně souměrně opačný k poloze žhaveného drátku £ první sondy a v této poloze se druhá sonda zajistí.

Těmito seři zovacimi a kalibračními měřeními umožňujícími nalezeni optimální polohy obou žhavených drátků 4 vzhledem ke směruvektoru £ proudění , je dvojice sond nastavena v držá251 190 ku 3 do polohy, která je optimální pro vyšetřováni proudu neznámých vlastnosti.

Pro měřeni ve zvoleném mi stě pole vyšetřovaného prouděni se nejprve držák 3 nastaví vůči směru vektoru 1_ prouděni, obdobně jako při seřizování a kalibracj a potom již je dvojice sond se žhavenými drátky £ připravena k použiti při statistické analýze fluktuaci podélné a příčné složky, rych lost i.

Claims (1)

1. Zařízeni pro měřeni statistických charakteristik složek vektoru fluktuaci rychlosti proudění, obsahující dvojici sond, tvořených válcovými tělesy, z jejichž čelní strany vyčnívají dva nosníky spojené na vyčnívajících koncích elektrickým proudem žhavenými drátky, vyznačující se tím, že sondy jsou na společné podélné ose /2/ uloženy proti sobě otočně a posuvně, přičemž jeden žhavený drátek /4/ je nastaven vůči směru vektoru /1 / prouděni pod úhlem /©</ pro dosaženi přímé úměrnosti fluktuaci výstupního elektrického napětí součtu fluktuaci podélné a příčné složky rychlosti prouděni, v rozmezí 30 až 60° a druhý žhavený drátek /4/ je nastaven vůči směru vektoru /1/ proudění pod úhlem pro .dosaženi přímé úměrnosti fluktuací výstupního elektrického napětí rozdílu fluktuaci podélné a přímé složky rychlos ti prouděníjV rozmezí 30 až 60°.