RU143783U1 - DEVICE FOR MEASURING PULSING FLOW PARAMETERS - Google Patents

DEVICE FOR MEASURING PULSING FLOW PARAMETERS Download PDF

Info

Publication number
RU143783U1
RU143783U1 RU2014113361/28U RU2014113361U RU143783U1 RU 143783 U1 RU143783 U1 RU 143783U1 RU 2014113361/28 U RU2014113361/28 U RU 2014113361/28U RU 2014113361 U RU2014113361 U RU 2014113361U RU 143783 U1 RU143783 U1 RU 143783U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
flow
unit
analog signals
determining
hemisphere
Prior art date
Application number
RU2014113361/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Наталия Николаевна Ледовская
Владимир Алексеевич Степанов
Сергей Игоревич Макаренко
Виктор Сергеевич Корягин
Леонид Александрович Бендерский
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
Priority to RU2014113361/28U priority Critical patent/RU143783U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU143783U1 publication Critical patent/RU143783U1/en

Links

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

Устройство для измерения параметров пульсирующего потока, содержащее насадок, блок цифрового преобразования и регистрации аналоговых сигналов, содержащий блок задания частоты дискретизации преобразования поступающих аналоговых сигналов, при этом в насадке расположены датчики пульсаций давления, отличающееся тем, что насадок установлен неподвижно относительно потока, выполнен с возможностью определения пульсаций трех компонент скорости потока и содержит приемное устройство, выполненное в виде полусферы с заданным радиусом, на поверхности полусферы расположены приемные отверстия, соединенные с не менее тремя датчиками пульсаций давления, причем расстояние между приемными отверстиями менее одной трети радиуса полусферы, блок цифрового преобразования и регистрации аналоговых сигналов дополнительно содержит блок учета тарировочных кривых, блок алгоритма математической модели определения газодинамических функций и аппроксимирующих коэффициентов, блок определения трех компонент скорости потока и визуализации результатов обработки, блок индикации трех компонент скорости потока, углов атаки и скольжения, степени сжатия и потерь полного давления.A device for measuring pulsating flow parameters, comprising nozzles, a block for digital conversion and registration of analog signals, comprising a unit for setting the sampling frequency of the conversion of incoming analog signals, pressure pulsation sensors located in the nozzle, characterized in that the nozzles are fixedly mounted relative to the flow, determining the pulsations of the three components of the flow velocity and contains a receiving device made in the form of a hemisphere with a given radius, There are receiving holes connected to at least three pressure pulsation sensors in the hemisphere, and the distance between the receiving holes is less than one third of the hemisphere radius, the unit for digital conversion and registration of analog signals additionally contains a unit for accounting calibration curves, an algorithm block for a mathematical model for determining gas-dynamic functions and approximating coefficients , a unit for determining the three components of the flow rate and visualization of the processing results, an indication unit for three components t flow rate, angle of attack and sliding compression ratio and the total pressure loss.

Description

Полезная модель относится к авиационной технике и может быть использована для диагностирования технического состояния газотурбинных двигателей, исследования течения в трубопроводах и каналах с отрывом потока.The utility model relates to aviation technology and can be used to diagnose the technical condition of gas turbine engines, to study the flow in pipelines and channels with a flow separation.

Полезная модель предназначена для определения динамики изменения газодинамических параметров потока в лопаточных машинах и каналах, например в лопаточных компрессорах, трубопроводах и диффузорах в заданных областях течения, как в пограничных зонах, так и в ядре газового потока.The utility model is designed to determine the dynamics of changes in the gas-dynamic parameters of the flow in blade machines and channels, for example, in blade compressors, pipelines and diffusers in predetermined flow areas, both in the boundary zones and in the core of the gas flow.

Известны устройства для определения осредненной (стационарной) величины приведенной скорости потока в сечении, перпендикулярном направлению движения потока, с измерением в одном сечении полного и статического давления с помощью зондов или насадков, устанавливаемых в проходном сечении трубопровода, регистрации полученных измерений и обработки результатов измерений (С.М. Горлин. Экспериментальная аэромеханика. Москва: Высшая школа 1970, с. 173-178).Known devices for determining the averaged (stationary) magnitude of the reduced flow velocity in a section perpendicular to the direction of flow, measuring in one section the total and static pressure using probes or nozzles installed in the bore of the pipeline, recording the measurements and processing the measurement results (C .M. Gorlin, Experimental Aeromechanics, Moscow: Higher School 1970, pp. 173-178).

Недостатком данных устройств является низкая точность измерений и недостаточность полноты информации для определения структуры потока.The disadvantage of these devices is the low accuracy of the measurements and the lack of completeness of information to determine the structure of the stream.

Для наблюдения за изменением во времени структуры потока и компонент вектора скорости этих измерений недостаточно, так как эти устройства не предоставляют необходимой информации о мгновенных значениях абсолютной скорости потока и ее трех компонент: осевой скорости, радиальной скорости и окружной скорости и их направлениях.These measurements are not enough to observe the change in the flow structure and the velocity vector components over time, since these devices do not provide the necessary information about the instantaneous values of the absolute flow velocity and its three components: axial velocity, radial velocity, and peripheral velocity and their directions.

Известно приемное устройство фирмы «Kulite» (Kulite Semiconductor Products, Inc.) «Ультраминиатюрный пьезорезистивный датчик», которое приводится в статье (Alexander A. Ned, Dr. Tonghuo Shang, Scott Goodman, Adam Hurst, Dr. John Chivers //Fully integrated miniature, high frequency flow probe utilizing leadless, soi technology suitable for gas turbines// http://www.a-tech.ca/doc_series/FAP-250_ATI.pdf). Устройство позволяет определять углы потока, использует пять высокотемпературных миниатюрных датчиков абсолютного давления, расположенных в шарообразной головке. Вместе с тем неоднородность сферической поверхности датчика может приводить к нестабильным результатам измерений.The Kulite receiver device (Kulite Semiconductor Products, Inc.) known as the “Ultra-miniature Piezoresistive Sensor” is known, which is described in (Alexander A. Ned, Dr. Tonghuo Shang, Scott Goodman, Adam Hurst, Dr. John Chivers // Fully integrated miniature, high frequency flow probe utilizing leadless, soi technology suitable for gas turbines // http://www.a-tech.ca/doc_series/FAP-250_ATI.pdf). The device allows you to determine flow angles, uses five high-temperature miniature absolute pressure sensors located in a spherical head. At the same time, the non-uniformity of the spherical surface of the sensor can lead to unstable measurement results.

Основными недостатками этого устройства является: непрочность (хрупкость) конструкции приемного элемента, незащищенность датчиков от попадания твердых частиц, использование датчиков абсолютного давления, расположение центрального датчика навстречу потока, и как следствие измерение бокового давления четырьмя другими - на неоднородной сферической поверхности датчика - почти конической поверхности, где могут возникать возмущения, вызванные возникновением вихревых структур на его поверхности.The main disadvantages of this device are: the fragility (fragility) of the design of the receiving element, the insecurity of the sensors from ingress of solid particles, the use of absolute pressure sensors, the location of the central sensor in the direction of flow, and as a result, the measurement of lateral pressure by four others - on the inhomogeneous spherical surface of the sensor - almost conical surface , where perturbations caused by the appearance of vortex structures on its surface can occur.

К числу недостатков можно отнести так же близкое расположение головки к державке и, как следствие, возникновение возмущений от державки.The disadvantages include the similar proximity of the head to the holder and, as a consequence, the occurrence of disturbances from the holder.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство для определения пульсаций скорости потока (RU 2285244, G01P 5/14, 2006). Устройство содержит насадок, блок коррекции положения приемника насадка, состоящий из определителя угла потока и корректирующего устройства, блок цифрового преобразования и регистрации аналоговых сигналов, который включает блок задания частоты дискретизации преобразования поступающих аналоговых сигналов, блок перевода электрических величин в физические, блок наблюдения за преобразованными аналоговыми сигналами, блок продолжительности преобразования аналоговых сигналов, блок регистрации аналоговых сигналов, блок синхронизации аналоговых сигналов, и блок определения приведенной скорости потока и визуализации результатов обработки. Приемник насадка оснащен датчиками пульсаций полного и статического давления и определителем направления потока. Один датчик установлен в насадке параллельно направлению потока и обеспечивает измерение пульсаций статического давления, а другой датчик - перпендикулярно направлению потока и обеспечивает измерение пульсаций полного давления, при этом датчики расположены в приемнике насадка в одной заданной точке и не имеют присоединенных объемов. Насадок соединен с блоком коррекции положения приемника насадка относительно направления потока и с блоком цифрового преобразования и регистрации аналоговых сигналов, которые соединены между собой, а блок цифрового преобразования и регистрации аналоговых сигналов соединен с блоком определения приведенной скорости потока и визуализации результатов обработки.Closest to the claimed technical solution is a device for determining pulsations of the flow rate (RU 2285244, G01P 5/14, 2006). The device contains nozzles, a receiver position correction block, a nozzle consisting of a flow angle determiner and a correction device, a digital conversion and registration unit for analog signals, which includes a unit for setting the sampling frequency of the conversion of incoming analog signals, a unit for converting electrical quantities into physical ones, a unit for monitoring converted analog signals, block for the duration of conversion of analog signals, block for recording analog signals, block synchronization a alogovyh signals, and a determination unit given flow rate and processing imaging results. The nozzle receiver is equipped with pulsation sensors for full and static pressure and a flow direction detector. One sensor is installed in the nozzle parallel to the direction of flow and provides measurement of pulsations of static pressure, and the other sensor is perpendicular to the direction of flow and provides measurement of pulsations of total pressure, while the sensors are located in the receiver of the nozzle at one given point and do not have attached volumes. The nozzles are connected to the unit for correcting the position of the receiver of the nozzle relative to the flow direction and to the unit for digital conversion and registration of analog signals that are interconnected, and the unit for digital conversion and registration of analog signals is connected to the unit for determining the reduced flow rate and visualization of the processing results.

Использование описанного выше устройства показало, что в реальных условиях скорость потока в точке поля является переменной величиной, в значительной степени обусловленной турбулентностью потока, распространением возмущений от конструктивных элементов, вязкостью среды и другими процессами.The use of the device described above showed that in real conditions the flow velocity at the field point is a variable, largely due to the turbulence of the flow, the propagation of disturbances from structural elements, the viscosity of the medium and other processes.

Опыты, проведенные по определению структуры газового потока в компрессоре и изменению газодинамических параметров течения во времени при непрерывном, синхронном измерении полного и статического давления в изменяющем направление набегающем нестационарном потоке (с построением изолиний полного и статического давлений и приведенной скорости потока в абсолютном движении, изолиний повышения и/или потерь полного давления, определением приведенной скорости потока, и газодинамических параметров потока в широком частотном диапазоне, который в условиях изменения режима работы компрессора составляет от 5 до 10000 Гц и более) показали, что структура потока и соответственно мгновенные значения параметров в компрессоре изменяются в зависимости от расположения вблизи измерительного устройства межлопаточных каналов и лопаток их образующих. Для определения трех компонент скорости двух датчиков давления недостаточно.The experiments conducted to determine the structure of the gas flow in the compressor and to change the gas-dynamic parameters of the flow with time during continuous, synchronous measurement of the total and static pressure in the direction-changing incident non-stationary flow (with the construction of isolines of the total and static pressures and the reduced flow velocity in absolute motion, increase isolines and / or loss of total pressure, by determining the reduced flow rate, and the gas-dynamic parameters of the flow in a wide frequency range, which which, under conditions of changing the compressor operating mode, is from 5 to 10,000 Hz or more) showed that the flow structure and, accordingly, the instantaneous values of the parameters in the compressor change depending on the location of the interscapular channels and blades of their generators near the measuring device. Two pressure sensors are not enough to identify the three velocity components.

В основу полезной модели положено решение следующих задач:The utility model is based on the following tasks:

- определение трех компонент скорости пульсирующего потока: U - осевая скорость, V - радиальная скорость, W - окружная скорость;- determination of the three components of the velocity of the pulsating flow: U - axial speed, V - radial speed, W - peripheral speed;

- одновременное определение трех компонент скорости, статического и полного давления пульсирующего потока;- simultaneous determination of the three components of speed, static and total pressure of the pulsating flow;

- определение статического и полного давления пульсирующего потока в широком диапазоне значений углов потока (до ±85°).- determination of the static and total pressure of the pulsating flow in a wide range of flow angles (up to ± 85 °).

Поставленные задачи решаются тем, что устройство для измерения параметров пульсирующего потока содержит насадок, блок цифрового преобразования и регистрации аналоговых сигналов, содержащий блок задания частоты дискретизации преобразования поступающих аналоговых сигналов, при этом в насадке расположены датчики пульсаций давления.The tasks are solved in that the device for measuring the parameters of the pulsating flow contains nozzles, a unit for digital conversion and registration of analog signals, containing a unit for setting the sampling frequency of the conversion of incoming analog signals, while pressure pulsation sensors are located in the nozzle.

Новым в полезной модели является то, что насадок установлен неподвижно относительно потока, выполнен с возможностью определения пульсаций трех компонент скорости потока и содержит приемное устройство, выполненное в виде полусферы с заданным радиусом. На поверхности полусферы расположены приемные отверстия, соединенные с не менее тремя датчиками пульсаций давления. Расстояние между приемными отверстиями менее одной трети радиуса полусферы. Блок цифрового преобразования и регистрации аналоговых сигналов дополнительно содержит блок учета тарировочных кривых, блок алгоритма математической модели определения газодинамических функций и аппроксимирующих коэффициентов, блок определения трех компонент скорости потока и визуализации результатов обработки, блок индикации трех компонент скорости потока, углов атаки и скольжения, степени сжатия и потерь полного давления.What is new in the utility model is that the nozzles are fixedly mounted relative to the flow, made with the possibility of determining the pulsations of the three components of the flow velocity, and contains a receiving device made in the form of a hemisphere with a given radius. On the surface of the hemisphere are receiving openings connected to at least three pressure pulsation sensors. The distance between the receiving holes is less than one third of the hemisphere radius. The block for digital conversion and registration of analog signals additionally contains a unit for accounting calibration curves, a block for the mathematical model algorithm for determining gas-dynamic functions and approximating coefficients, a unit for determining three components of the flow velocity and visualization of processing results, an indication unit for three components of the flow velocity, angle of attack and slip, and compression ratio and total pressure loss.

В настоящей заявке целью является создание насадка - измерителя трех компонент скорости пульсирующего потока при использовании в качестве чувствительных элементов высокочастотных малогабаритных датчиков пульсаций давления. Насадок предназначен для одновременного измерения трех компонент скорости (U, V, W), статического (P) и полного давления (P) потока в широком частотном диапазоне, например 100 кГц в диапазоне средних значений скорости потока λ=0.01-0.8.In this application, the goal is to create a nozzle - a meter of three components of the velocity of the pulsating flow when using high-frequency small-sized pressure pulsation sensors as sensitive elements. The nozzles are designed for the simultaneous measurement of three velocity components (U, V, W), static (P) and total pressure (P ) of the flow in a wide frequency range, for example, 100 kHz in the range of average values of the flow velocity λ = 0.01-0.8.

Для получения значений трех компонент скорости (U, V, W) и давлений P, P минимальное количество датчиков составляет три, однако для повышения точности необходимо использовать большее количество датчиков - четыре и больше.To obtain the values of the three velocity components (U, V, W) and the pressures P, P ∗, the minimum number of sensors is three; however, to increase the accuracy, it is necessary to use a larger number of sensors — four or more.

Для достижения поставленной задачи в качестве чувствительных элементов использованы малоинерционные датчики пульсаций давления. Продувка имеющегося насадка для измерения пульсаций осевой скорости потока в аэродинамической трубе показала, что при использовании в качестве чувствительных элементов малоинерционных датчиков пульсаций давления можно получить измеритель скорости пульсирующего потока с точностью 0.7-3% по постоянной составляющей в диапазоне скоса потока от 0 до 15-20°. Отличие скорости, определенной по постоянной составляющей пульсаций полного и статического давлений и скорости потока, полученной осреднением всех данных за длительный промежуток времени от значений скорости, полученной с помощью инерционного эталонного насадка составляет не более 2%. Точность определения пульсаций скорости - 1.1% при нулевом скосе потока и 1.6%-1.2% при скосе потока в диапазоне ±20°. Использование высокочастотных датчиков и небольшой габарит приемного устройства в виде полусферы за счет синхронного измерения и регистрации позволяют получить мгновенные значения давлений. Уменьшение размеров датчиков позволяет уменьшить расстояния между приемными отверстиями на полусфере, что позволяет расширить частотный диапазон. Кроме этого увеличение количества датчиков позволяет расширить диапазон определения скоростей набегающего потока и диапазон углов атаки (α) и скольжения (φ) за счет размещения большего количества отверстий на поверхности полусферы. В данном случае размер поверхности полусферы 08 мм, обусловлен расположением в ней четырех малогабаритных датчиков, имеющих форму цилиндров с ⌀1.6 мм. В качестве регистратора в данном случае может быть использован регистратор, имеющий при синхронной регистрации частоту дискретизации 200 кГц.In order to achieve the task, low-inertia pressure pulsation sensors were used as sensitive elements. Purging an existing nozzle for measuring the pulsations of the axial flow velocity in the wind tunnel showed that when using inertial pressure pulsation sensors as sensitive elements, it is possible to obtain a pulsating flow velocity meter with an accuracy of 0.7-3% in the constant component in the range of the bevel from 0 to 15-20 °. The difference between the speed determined by the constant component of the pulsations of the total and static pressures and the flow rate obtained by averaging all the data over a long period of time from the speed values obtained using the inertial reference nozzle is not more than 2%. The accuracy of determining the velocity pulsations is 1.1% at a zero bevel and 1.6% -1.2% at a bevel in the range of ± 20 °. The use of high-frequency sensors and the small size of the receiving device in the form of a hemisphere due to synchronous measurement and registration allow you to get instantaneous pressure values. Reducing the size of the sensors reduces the distance between the receiving holes in the hemisphere, which allows you to expand the frequency range. In addition, an increase in the number of sensors makes it possible to expand the range of determining the flow velocity and the range of angles of attack (α) and slip (φ) due to the placement of a larger number of holes on the surface of the hemisphere. In this case, the hemisphere surface size is 08 mm, due to the location of four small sensors in it, having the shape of cylinders with ⌀1.6 mm. In this case, a registrar having a sampling frequency of 200 kHz during synchronous registration can be used as a registrar.

В связи с вышеизложенным предполагается возможным, для достижения поставленных задач использование малоинерционных датчиков пульсаций давления в качестве чувствительных элементов в насадке для определения трех компонент скорости пульсирующего потока, статического и полного давления пульсирующего потока в широком диапазоне значений углов потока.In connection with the foregoing, it is assumed possible, to achieve the objectives, the use of low-inertia pressure pulsation sensors as sensitive elements in the nozzle to determine the three components of the velocity of the pulsating flow, static and total pressure of the pulsating flow in a wide range of flow angles.

Настоящая полезная модель поясняется последующим подробным описанием конструкции устройства для измерения параметров пульсирующего потока и описанием его работы со ссылкой на фиг. 1-4, где:The present utility model is illustrated by the following detailed description of the design of a device for measuring pulsating flow parameters and a description of its operation with reference to FIG. 1-4, where:

на фиг. 1 изображена схема насадка с размещением четырех датчиков пульсаций давления;in FIG. 1 shows a nozzle layout with the placement of four pressure pulsation sensors;

на фиг. 2 изображена схема насадка, где показаны набегающий поток с числом Маха (М), угол атаки (α) и скольжения (φ), определенные значения давлений P1, P2, P3, P4 в приемных отверстиях насадка;in FIG. 2 shows a nozzle diagram showing the incident flow with Mach number (M), angle of attack (α) and slip (φ), certain pressure values P 1 , P 2 , P 3 , P 4 in the nozzle receiving holes;

на фиг. 3 изображена блок-схема работы аппаратного блока для преобразования сигналов с датчиков пульсаций давления в значения трех компонент скорости (U, V, W) пульсирующего потока, статического давления (P) и полного давления (P) потока в широком частотном диапазоне;in FIG. 3 shows a block diagram of the operation of a hardware unit for converting signals from pressure pulsation sensors to the values of the three components of the velocity (U, V, W) of the pulsating flow, static pressure (P) and total pressure (P ) of the flow in a wide frequency range;

на фиг. 4 в виде графика изображен вид тарировочных кривых для предлагаемого устройства.in FIG. 4 in the form of a graph shows the type of calibration curves for the proposed device.

Устройство для измерения параметров пульсирующего потока содержит насадок 1 (см. фиг. 1). Насадок 1 установлен неподвижно относительно потока, выполнен с возможностью определения трех компонент скорости пульсирующего потока и содержит приемное устройство 2, выполненное в виде полусферы с заданным радиусом (⌀8 мм). На поверхности полусферы расположены приемные отверстия 3, соединенные с четырьмя датчиками 4, 5, 6, 7 пульсаций давления, причем расстояние между приемными отверстиями 3 менее одной трети радиуса полусферы.A device for measuring the parameters of a pulsating flow contains nozzles 1 (see Fig. 1). The nozzles 1 are mounted motionless with respect to the flow, configured to determine the three components of the velocity of the pulsating flow and contains a receiving device 2 made in the form of a hemisphere with a given radius (⌀8 mm). On the surface of the hemisphere there are receiving holes 3 connected to four pressure pulsation sensors 4, 5, 6, 7, and the distance between the receiving holes 3 is less than one third of the radius of the hemisphere.

Набегающий поток с числом Маха (М) (см. фиг. 2), углом атаки (α) и скольжения (φ) создает определенные значения давлений P1, P2, P3, P4 в приемных отверстиях 3 насадка 1.The incident flow with the Mach number (M) (see Fig. 2), the angle of attack (α) and slip (φ) creates certain pressure values P 1 , P 2 , P 3 , P 4 in the receiving holes 3 of the nozzle 1.

Согласно блок-схеме, изображенной на фиг. 3, аналоговые сигналы с датчиков 4, 5, 6, 7 пульсаций давлений поступают в блок 8 цифрового преобразования и регистрации аналоговых сигналов. Блок 8 содержит:According to the block diagram shown in FIG. 3, the analog signals from sensors 4, 5, 6, 7 of the pressure pulsation are received in block 8 for digital conversion and registration of analog signals. Block 8 contains:

- блок 9 задания частоты дискретизации преобразования поступающих аналоговых сигналов;- block 9 sets the sampling frequency of the conversion of incoming analog signals;

- блок 10 синхронизации показаний датчиков 4, 5, 6, 7;- block 10 synchronization of readings of sensors 4, 5, 6, 7;

- блок 11 учета тарировочных кривых;- block 11 accounting calibration curves;

- блок 12 алгоритма математической модели определения газодинамических функций и аппроксимирующих коэффициентов;- block 12 of the mathematical model algorithm for determining gas-dynamic functions and approximating coefficients;

- блок 13 определения угла атаки (α), угла скольжения (φ);- block 13 determining the angle of attack (α), the angle of slip (φ);

- блок 14 определения коэффициента давления πλ;- block 14 determining the pressure coefficient π λ ;

- блок 15 определения трех компонент скорости потока и визуализации результатов обработки;- block 15 determining the three components of the flow rate and visualizing the processing results;

- блок 16 индикации трех компонент скорости потока, углов атаки и скольжения, степени сжатия и потерь полного давления.- a block 16 for indicating three components of the flow velocity, angle of attack and slip, compression ratio and total pressure loss.

Все блоки связаны между собой обратными связями для повышения точности определения компонент скорости и значений давлений.All blocks are interconnected by feedbacks to improve the accuracy of determining the velocity components and pressure values.

Блок 8 цифрового преобразования и регистрации аналоговых сигналов содержит блок 11 учета индивидуальных тарировок датчиков 4, 5, 6, 7 пульсаций давления, а так же блок определения числа Маха набегающего потока (не показан), блок 13 определения угла атаки (α), угла скольжения (φ) и блок 14 определения коэффициента давления (πλ) с помощью аппроксимирующих коэффициентов a ijk, bijk и коэффициентов Cα, Cφ, CM, определенных по измеренным давлениям P1, P2, P3, P4.Block 8 of the digital conversion and registration of analog signals contains a block 11 for accounting for individual calibrations of sensors 4, 5, 6, 7 of pressure pulsations, as well as a block for determining the Mach number of the incoming flow (not shown), block 13 for determining the angle of attack (α), sliding angle (φ) and the pressure coefficient determination unit (π λ ) 14 using the approximating coefficients a ijk , b ijk and the coefficients C α , C φ , C M determined from the measured pressures P 1 , P 2 , P 3 , P 4 .

Пример математической модели на основе аппроксимации трехмерным полиномом второго порядка основных параметров потока представлен ниже:An example of a mathematical model based on approximation by a three-dimensional second-order polynomial of the main flow parameters is presented below:

; ;

; ;

; ;

; ;

Блок 8 цифрового преобразования и регистрации аналоговых сигналов содержит блок визуализации преобразованных аналоговых сигналов, регистрации преобразованных аналоговых сигналов и блок синхронизации аналоговых сигналов (не показаны).Block 8 of the digital conversion and registration of analog signals contains a unit for visualization of the converted analog signals, registration of the converted analog signals and a block for synchronizing analog signals (not shown).

Блоки представляют собой набор программ, с помощью которых осуществляется сбор, цифровое преобразование и регистрация аналоговых данных, поступающих с датчиков 4, 5, 6, 7 в компьютер для их последующей обработки.Blocks are a set of programs with which the collection, digital conversion and registration of analog data coming from sensors 4, 5, 6, 7 to a computer for their subsequent processing is carried out.

Ниже представлен примерный вид формул для определения коэффициентов Cα, Cφ, CM и газодинамической функции πλ:Below is an exemplary form of formulas for determining the coefficients C α , C φ , C M and the gas-dynamic function πλ:

Cα=(P2-P1)/(P2-(P1+P3+P4)/3);C α = (P 2 -P 1 ) / (P 2 - (P 1 + P 3 + P 4 ) / 3);

Cφ=(P3-P4)/(P2-(P1+P3+P4)/3);C φ = (P 3 -P 4 ) / (P 2 - (P 1 + P 3 + P 4 ) / 3);

CM=(P2-(P1+P3+P4)/3)/P2;C M = (P 2 - (P 1 + P 3 + P 4 ) / 3) / P 2 ;

πλ=(P1+P3+P4)/3/P=(P1+P3+P4)/3/P·(1-(k+1)/(k-1)·λ2)k/(k-1).π λ = (P 1 + P 3 + P 4 ) / 3 / P = (P 1 + P 3 + P 4 ) / 3 / P · (1- (k + 1) / (k-1) · λ 2 ) k / (k-1) .

Работа устройства.The operation of the device.

Давление с помощью датчиков 4, 5, 6, 7 преобразуется в электрические импульсы, которые регистрируются с помощью цифрового регистратора и переводятся в давление, после чего сравниваются с тарировками насадка 1, по которым определяется отклонение угла расположения приемного устройства 2 насадка 1 от угла направления потока. Цифровой регистратор одновременно преобразует показания датчиков 4, 5, 6, 7 в аналоговые данные со всех датчиков 4, 5, 6, 7 и производит регистрацию преобразованных аналоговых сигналов. Блок визуализации преобразованных аналоговых сигналов (не показан) производит визуализацию регистрируемых величин. Полученные в блоке 8 цифрового преобразования и регистрации аналоговых сигналов цифровые файлы поступают в блок 15 определения трех компонент скорости потока и визуализации результатов обработки. Блок 15 представляет собой комплекс программ, включающий программу определения приведенной скорости потока λ=f(t), программу графического изображения в виде осциллограмм и программу построения линий λ=Const приведенной скорости потока, визуализирующих структуру потока.The pressure with the help of sensors 4, 5, 6, 7 is converted into electrical pulses, which are recorded using a digital recorder and converted to pressure, after which they are compared with the nozzle 1 calibrations, which determine the deviation of the receiving device angle 2, nozzle 1 from the flow direction angle . The digital recorder simultaneously converts the readings of sensors 4, 5, 6, 7 into analog data from all sensors 4, 5, 6, 7 and records the converted analog signals. The visualized unit of the converted analog signals (not shown) produces a visualization of the recorded values. The digital files received in block 8 for digital conversion and registration of analog signals are sent to block 15 for determining the three components of the flow rate and visualizing the processing results. Block 15 is a complex of programs, including a program for determining the reduced flow velocity λ = f (t), a program for graphical images in the form of oscillograms, and a program for constructing lines λ = Const of the reduced flow velocity that visualize the flow structure.

В качестве базового насадка для измерений нестационарных параметров , , P и P в трехмерном потоке использован насадок, разработанный для измерения аналогичных стационарных и нестационарных параметров, с помощью которого можно измерять указанные выше стационарные параметры, используя для определения угла потока и угла тарировочные кривые и с помощью тарировок определять по значениям углов отношение истинного и измеренного давлений P, а также статического давления P. Тарировочные кривые определяются предварительными продувками и системой сбора и обработки, алгоритм которой в виде графика приведен на фиг. 4, где на графике показан вид тарировочных кривых для предлагаемого устройства, полученных на одном из режимов по расходу в специальной аэродинамической трубе.As a base nozzle for measuring non-stationary parameters , , P and P in a three-dimensional flow, nozzles are used, designed to measure similar stationary and non-stationary parameters, with which you can measure the above stationary parameters, using to determine the flow angle and angle calibration curves and, using calibrations, determine the ratio of the true and measured pressures P and static pressure P from the angle values. Calibration curves are determined by preliminary purges and a collection and processing system, the algorithm of which is shown in the graph in FIG. 4, where the graph shows the type of calibration curves for the proposed device, obtained in one of the flow rates in a special wind tunnel.

Устройство для измерения параметров пульсирующего потока позволяет определять структуру потока (при использовании предварительных тарировочных кривых) без коррекции положения приемного устройства 2 и измерительных элементов (датчиков).A device for measuring the parameters of a pulsating flow allows you to determine the flow structure (using preliminary calibration curves) without correcting the position of the receiving device 2 and the measuring elements (sensors).

Техническое решение обеспечивает определение не только одной продольной компоненты скорости, а всех трех: U - осевой, V - радиальной, W - окружной. Для определения трех компонент скорости пульсирующего потока данное устройство не требует поворота головки насадка. Устройство обеспечивает широкий диапазон углов потока. Конструкция устройства технологически проста и доступна, благодаря применению стандартных покупных датчиков.The technical solution provides the determination of not only one longitudinal velocity component, but all three: U - axial, V - radial, W - circumferential. To determine the three components of the velocity of the pulsating flow, this device does not require rotation of the nozzle head. The device provides a wide range of flow angles. The design of the device is technologically simple and affordable, thanks to the use of standard purchased sensors.

Claims (1)

Устройство для измерения параметров пульсирующего потока, содержащее насадок, блок цифрового преобразования и регистрации аналоговых сигналов, содержащий блок задания частоты дискретизации преобразования поступающих аналоговых сигналов, при этом в насадке расположены датчики пульсаций давления, отличающееся тем, что насадок установлен неподвижно относительно потока, выполнен с возможностью определения пульсаций трех компонент скорости потока и содержит приемное устройство, выполненное в виде полусферы с заданным радиусом, на поверхности полусферы расположены приемные отверстия, соединенные с не менее тремя датчиками пульсаций давления, причем расстояние между приемными отверстиями менее одной трети радиуса полусферы, блок цифрового преобразования и регистрации аналоговых сигналов дополнительно содержит блок учета тарировочных кривых, блок алгоритма математической модели определения газодинамических функций и аппроксимирующих коэффициентов, блок определения трех компонент скорости потока и визуализации результатов обработки, блок индикации трех компонент скорости потока, углов атаки и скольжения, степени сжатия и потерь полного давления.
Figure 00000001
A device for measuring pulsating flow parameters, comprising nozzles, a block for digital conversion and registration of analog signals, comprising a unit for setting the sampling frequency of the conversion of incoming analog signals, pressure pulsation sensors located in the nozzle, characterized in that the nozzles are fixedly mounted relative to the flow, determining the pulsations of the three components of the flow velocity and contains a receiving device made in the form of a hemisphere with a given radius, There are receiving holes connected to at least three pressure pulsation sensors in the hemisphere, and the distance between the receiving holes is less than one third of the hemisphere radius, the unit for digital conversion and registration of analog signals additionally contains a unit for accounting calibration curves, an algorithm block for a mathematical model for determining gas-dynamic functions and approximating coefficients , a unit for determining three components of the flow rate and visualization of the processing results, an indication unit for three t flow rate, angle of attack and sliding compression ratio and the total pressure loss.
Figure 00000001
RU2014113361/28U 2014-04-07 2014-04-07 DEVICE FOR MEASURING PULSING FLOW PARAMETERS RU143783U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014113361/28U RU143783U1 (en) 2014-04-07 2014-04-07 DEVICE FOR MEASURING PULSING FLOW PARAMETERS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014113361/28U RU143783U1 (en) 2014-04-07 2014-04-07 DEVICE FOR MEASURING PULSING FLOW PARAMETERS

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU143783U1 true RU143783U1 (en) 2014-07-27

Family

ID=51265084

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014113361/28U RU143783U1 (en) 2014-04-07 2014-04-07 DEVICE FOR MEASURING PULSING FLOW PARAMETERS

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU143783U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2641182C1 (en) * 2016-12-28 2018-01-16 Акционерное общество "ОДК-Авиадвигатель" Method of delivering measurement element to assigned position when measuring parameters of gas stream of gas turbine engine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2641182C1 (en) * 2016-12-28 2018-01-16 Акционерное общество "ОДК-Авиадвигатель" Method of delivering measurement element to assigned position when measuring parameters of gas stream of gas turbine engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Vincenti et al. Streamwise velocity statistics in turbulent boundary layers that spatially develop to high Reynolds number
Weiss et al. Unsteady behavior of a pressure-induced turbulent separation bubble
Estorf et al. Surface-pressure measurements of second-mode instability in quiet hypersonic flow
Georgiou et al. Fabrication and calibration of a sub-miniature 5-hole probe with embedded pressure sensors for use in extremely confined and complex flow areas in turbomachinery research facilities
EP3298357A1 (en) Revolving ultrasound field multiphase flowmeter
RU2559566C1 (en) Measurement of pulsating flow parameters
Laurantzon et al. A flow facility for the characterization of pulsatile flows
RU143783U1 (en) DEVICE FOR MEASURING PULSING FLOW PARAMETERS
CN102928026A (en) Method of obtaining integrated transient void fraction by utilizing local transient void fraction
EP2597434A3 (en) Signal processing method, signal processing apparatus, and Coriolis flowmeter
Ainsworth et al. The development of fast response aerodynamic probes for flow measurements in turbomachinery
Ghaemi-Nasab et al. A procedure for calibrating the spinning ultrasonic wind sensors
CN106768826A (en) A kind of dynamic temperature force combination probe for measuring Supersonic Two Dimensional Unsteady flow field
Ashworth et al. Unsteady interaction effects on a transitional turbine blade boundary layer
Menna et al. The Mean Flow Structure Around and Within a Turbulent Junction or Horseshoe Vortex—Part I: The Upstream and Surrounding Three-Dimensional Boundary Layer
Senoo et al. Measurement of two-dimensional periodic flow with a cobra probe
RU2227919C1 (en) Method of determining structure of gas flow in compressor
Yang et al. Unsteady pressure measurement with correction on tubing distortion
Eckardt Investigation of the jet-wake flow of a highly loaded centrifugal compressor impeller
RU2638086C1 (en) Method of measurement of supersonic flow pulsations and device for its implementation (options)
Bubeck et al. Development and application of a high frequency wedge probe
RU2605643C1 (en) Subsonic wind tunnel with low level of flow pulsations of infrasound range
CN104280076A (en) High-precision large-diameter vortex flowmeter
Rachalski et al. Absolute Flow Velocity Measurements by Means of the Thermal Waves
US5319608A (en) Method and system for identifying the onset of a turbulent boundary layer induced by a body moving through a fluid medium

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20210408