RU2673990C1 - Gas flow velocity spatial distribution determination device - Google Patents
Gas flow velocity spatial distribution determination device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2673990C1 RU2673990C1 RU2017145390A RU2017145390A RU2673990C1 RU 2673990 C1 RU2673990 C1 RU 2673990C1 RU 2017145390 A RU2017145390 A RU 2017145390A RU 2017145390 A RU2017145390 A RU 2017145390A RU 2673990 C1 RU2673990 C1 RU 2673990C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flow velocity
- sensor
- derivative
- gas flow
- module
- Prior art date
Links
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 238000000917 particle-image velocimetry Methods 0.000 description 5
- 244000309464 bull Species 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 210000001520 comb Anatomy 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000013401 experimental design Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000000700 radioactive tracer Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/14—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring differences of pressure in the fluid
- G01P5/16—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring differences of pressure in the fluid using Pitot tubes, e.g. Machmeter
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования структуры и параметров потока газа, преимущественно для оперативного определения профиля скорости потока в аэродинамическом эксперименте.The invention relates to measuring technique and can be used to study the structure and parameters of the gas flow, mainly for the operational determination of the flow velocity profile in an aerodynamic experiment.
Известны устройства и способы определения скорости V газового потока, которые в качестве датчика первичной информации используют приемник и регистратор полного и статического давлений или термоанемометр (патент RU 2559566 МПК G01P 5/14 опубл. 10.08.2015 Бюл. №22; патент RU 2285244 МПК G01F 1/72, G01P 5/14 опубл. 10.10.2006 Бюл. №28, патент RU 2382367 МПК G01P 5/00 20.02.2010 Бюл. №5).Known devices and methods for determining the gas flow velocity V, which use a receiver and a registrar of full and static pressures or a hot-wire anemometer as a primary information sensor (patent RU 2559566 IPC G01P 5/14 publ. 08/10/2015 Bull. No. 22; patent RU 2285244 IPC G01F 1/72, G01P 5/14 publ. 10.10.2006 Bull. No. 28, patent RU 2382367 IPC G01P 5/00 02/20/2010 Bull. No. 5).
Основным недостатком подобных устройств является то, что измерение скорости осуществляется одним неподвижным датчиком, и, следовательно, только в одной точке газового потока. Применение множества таких датчиков для исследования пространственного распределения скоростей, как в пограничных зонах, так и в ядре потока, приводит к усложнению измерительной аппаратуры и к ее удорожанию. Кроме того, применение большого количества датчиков может привести к существенному искажению структуры и параметров потока, и, следовательно, к повышенной погрешности измерения скорости потока.The main disadvantage of such devices is that the speed measurement is carried out by one stationary sensor, and, therefore, only at one point of the gas stream. The use of many such sensors to study the spatial distribution of velocities, both in the boundary zones and in the core of the flow, leads to the complication of measuring equipment and its cost. In addition, the use of a large number of sensors can lead to a significant distortion of the structure and parameters of the flow, and, consequently, to an increased error in measuring the flow velocity.
Некоторому повышению информативности эксперимента может способствовать применение многоточечных крестообразных или поворотных гребенок измерения давлений, а также протяженных термоанемометров (патент RU 2018850 МПК G01P 5/12 опубл. 30.08.1994). Однако и их недостаточно, чтобы получить полную информацию о сложном трехмерном течении потока газа вблизи сложных профилей, в пограничном слое.The use of multi-point cruciform or rotary combs for measuring pressure, as well as extended hot-wire anemometers can contribute to some increase in the information content of the experiment (patent RU 2018850 IPC
Для экспериментального исследования трехмерных полей вектора скорости возможно применение панорамных оптических методов, например, PIV (Particle Image Velocimetry) метода измерения. Основным недостатком данного способа является наличие высокой погрешности измерения при сверхзвуковых скоростях потока, где присутствуют скачки уплотнения и области с большими градиентами параметров, а трассирующие частицы - маркеры, ввиду своей инерционности, не успевают их отслеживать с необходимым пространственным и временным разрешением. Подобная задержка отклика частиц на изменение параметров несущей фазы встречается также в турбулентных вихрях при сильно искривленных линиях тока. Так, высокочастотный метод PIV (time resolved PIV) уже при частоте пульсаций скорости газового потока от 300 Гц и более, имеет повышенную погрешность измерения (УДК 533.6.071.082.5 Сравнение методов термоанемометрии и PIV для измерения пульсаций скорости потока газа. Г.Г. Гаджимагомедов, Г.Я. Масленников, Д.С. Сбоев, В.В. Ткаченко. Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского; Московский физико-технический институт (государственный университет). Поэтому применение панорамных оптических методов затруднено для высокоточных исследований скоростных и сугубо турбулентных потоков, характерных, например, для течений газа в авиационных турбореактивных двигателях, с возможным уровнем частот пульсаций скорости до 100 кГц.For the experimental study of three-dimensional fields of the velocity vector, it is possible to use panoramic optical methods, for example, the PIV (Particle Image Velocimetry) measurement method. The main disadvantage of this method is the presence of a high measurement error at supersonic flow rates, where there are shock waves and regions with large parameter gradients, and tracer particles - markers, due to their inertia, do not have time to track them with the necessary spatial and temporal resolution. A similar delay in the response of particles to changes in the parameters of the carrier phase is also found in turbulent vortices with strongly curved streamlines. So, the high-frequency PIV method (time resolved PIV) already with a pulsation frequency of the gas flow rate of 300 Hz or more, has an increased measurement error (UDC 533.6.071.082.5 Comparison of hot-wire anemometry and PIV methods for measuring the pulsations of the gas flow rate. Gadzhimagomedov, G.Ya. Maslennikov, DS Sboev, VV Tkachenko. Central Aerohydrodynamic Institute named after Professor N.E. Zhukovsky; Moscow Institute of Physics and Technology (State University) .Therefore, the use of panoramic optical methods is difficult for high-precision research of high-speed and purely turbulent flows, characteristic, for example, for gas flows in aircraft turbojet engines, with a possible level of pulsation frequencies up to 100 kHz.
Известен способ измерения скорости потока жидкости и комбинированный приемник скорости (патент RU 2197740 МПК G01P 5/16 опубл. 27.01.2003 Бюл. №3), в котором положение приемника скорости в трехмерном пространстве меняется оператором вручную с помощью координатника и лимба для визуального контроля положения исследуемой точки потока. В качестве приемника скорости используется трубка Пито-Прандтля, напорные линии которой соединены с полостями датчика дифференциального давления, при этом разность полного и статического давлений преобразуется в соответствующий сигнал, по которому из известного уравнения Бернулли определяют скорость потока жидкости.A known method of measuring fluid flow velocity and a combined velocity receiver (patent RU 2197740 IPC G01P 5/16 publ. 01/27/2003 Bull. No. 3), in which the position of the velocity receiver in three-dimensional space is manually changed by the operator using a coordinator and a dial for visual position control investigated flow points. As a speed receiver, a Pitot-Prandtl tube is used, the pressure lines of which are connected to the cavities of the differential pressure sensor, while the difference between the total and static pressures is converted into the corresponding signal, from which the fluid flow rate is determined from the well-known Bernoulli equation.
К существенному недостатку данного аналога относится низкий уровень автоматизации процесса управления и сбора информации, как следствие повышенная погрешность измерения, низкая оперативность и существенная трудоемкость работ, связанные с человеческим фактором при проведении многочисленных измерений, что неизбежно приводит к повышенным материальным затратам на проведение исследований.A significant disadvantage of this analogue is the low level of automation of the control and information gathering process, which results in increased measurement error, low efficiency and significant laboriousness of work associated with the human factor during numerous measurements, which inevitably leads to increased material costs for research.
Ближайшим аналогом заявляемого технического решения является измерительный комплекс, предназначенный для автоматической регистрации данных о скорости V воздушного потока в исследуемом профиле и предусматривающий автоматическое (программное) перемещение датчика скорости по заданным координатам X, Y и Z пространства аэродинамической трубы (Зверков И.Д. «Экспериментальное исследование отрывного обтекания прямых крыльев с гладкой и волнистой поверхностью при малых числах Рейнольдса». Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. 01.02.05 - механика жидкости, газа и плазмы. На правах рукописи. Новосибирск, 2004 г., опубликована на сайте «Библиотека диссертаций dslib.net», ссылка - http.://www.dslib.net/mechanika-sostojanij/jeksperimentalnoe-issledovanie-otryvnogo-obtekanija-prjamyh-krylev-s-gladkoj-i.html).The closest analogue of the claimed technical solution is a measuring system designed to automatically record data on the speed V of the air flow in the studied profile and providing for automatic (software) movement of the speed sensor along the given coordinates X, Y and Z of the space of the wind tunnel (Zverkov I.D. study of the tear-off flow around straight wings with a smooth and wavy surface at small Reynolds numbers. "The dissertation for the degree of candidate t of technical sciences. 02/01/05 - mechanics of liquid, gas and plasma. On the rights of the manuscript. Novosibirsk, 2004, published on the site "The library of dissertations dslib.net", link - http: //www.dslib.net/mechanika- sostojanij / jeksperimentalnoe-issledovanie-otryvnogo-obtekanija-prjamyh-krylev-s-gladkoj-i.html).
Автоматизированный измерительный комплекс состоит из следующих блоков, модулей и датчиков:Automated measuring complex consists of the following blocks, modules and sensors:
- персональная ЭВМ (ПЭВМ), которая предназначена для управления ходом эксперимента, в том числе для формирования файлов координат датчика скорости V и выдачи управляющих воздействий в блок управления шаговыми двигателями для позиционирования датчика скорости;- personal computer (PC), which is designed to control the progress of the experiment, including the generation of coordinate files of the speed sensor V and the issuance of control actions to the control unit of the stepper motors for positioning the speed sensor;
- модуль ввода данных от датчика скорости V потока. Вход модуля соединен с выходом датчика скорости, а выход модуля соединен со входом ПЭВМ;- a data input module from a flow rate sensor V. The input of the module is connected to the output of the speed sensor, and the output of the module is connected to the input of the PC;
- блок управления шаговыми двигателями координатного устройства;- control unit stepper motors coordinate device;
- координатное устройство (координатник), предназначенное для перемещения датчика скорости в пространстве аэродинамической трубы. В качестве координатника используются ходовые рейки с шаговыми двигателями по трем координатам X, Y и Z со штангой датчика, расположенной непосредственно вблизи от исследуемого объекта;- coordinate device (coordinate), designed to move the speed sensor in the space of the wind tunnel. As a coordinator, running rails with stepper motors along three coordinates X, Y, and Z with a sensor rod located directly near the object under study are used;
- датчик скорости V потока - термоанемометр постоянной температуры типа AN-1003.- V flow velocity sensor - constant-temperature anemometer type AN-1003.
Интерфейс ПЭВМ разработан таким образом, что перемещение датчика может производится как ручным способом, так и в автоматическом режиме по любой координате последовательно или одновременно по нескольким координатам X, Y и Z. Координаты точек траектории оператором заранее заносятся в файл. Команда на перемещение датчика по заданным точкам траектории дается из этого файла. Перемещение датчика осуществляется с заранее заданным шагом перемещения ΔS. В выбранной точке дается команда на сбор данных по установленным параметрам.The PC interface is designed in such a way that the sensor can be moved either manually or automatically in any coordinate sequentially or simultaneously at several X, Y and Z coordinates. The coordinates of the trajectory points are entered into the file in advance by the operator. The command to move the sensor along the given points of the trajectory is given from this file. The sensor is moved with a predetermined displacement step ΔS. At the selected point, a command is given to collect data on the established parameters.
Выбранный в качестве ближайшего аналога автоматизированный комплекс был создан в Институте теоретической и прикладной механики СО РАН, г. Новосибирск для экспериментального исследования отрывного обтекания прямых крыльев малоразмерных летательных аппаратов.The automated complex selected as the closest analogue was created at the Institute of Theoretical and Applied Mechanics of the SB RAS, Novosibirsk for the experimental study of the tear-off flow around the straight wings of small-sized aircraft.
Основным недостатком ближайшего аналога является повышенные временные, трудовые и материальные затраты при проведении испытаний сугубо прикладного характера и не требующих массовых точечных измерений.The main disadvantage of the closest analogue is the increased time, labor and material costs when conducting tests of a purely applied nature and not requiring mass point measurements.
Так, в практике опытно-конструкторских и научно-исследовательских работ возникают ситуации, когда необходимо проведение крупномасштабной серии натурных испытаний по оценке структуры и профилей скоростей потоков в сжатые сроки и с минимальными материальными затратами. Проведение же серии фундаментальных исследований, которые предусматривают только в одном эксперименте свыше 1 млрд. точечных измерений, например, в случае десятка считываний в одной точке, а затем перемещение термоанемометра с шагом 5…10 микрон по координатам X, Y и Z рабочей части аэродинамической трубы для исследования обтекания крупной широкохордной лопатки вентилятора современного авиационного двигателя, делают подобные испытания продолжительными по времени, и следовательно, очень затратными. Материальные затраты на проведение подобных исследований при трансзвуковых и сверхзвуковых скоростях потока становятся особенно высоки.So, in the practice of experimental design and research work, situations arise when it is necessary to conduct a large-scale series of field tests to assess the structure and profiles of flow rates in a short time and with minimal material costs. Conducting a series of fundamental studies, which involve more than 1 billion point measurements in only one experiment, for example, in the case of a dozen readings at one point, and then moving the hot-wire anemometer in increments of 5 ... 10 microns along the X, Y and Z coordinates of the working part of the wind tunnel to study the flow around a large wide-chord fan blade of a modern aircraft engine, such tests are made time-consuming, and therefore very expensive. The material costs of conducting such studies at transonic and supersonic flow velocities become especially high.
С другой стороны, при минимизации затрат времени на проведение испытаний путем существенного увеличения шага перемещения ΔS датчика, возможна ситуация, когда окажутся не выявленными и не исследованными малоразмерные зоны с существенным изменением скорости потока или локальный отрыв пограничного слоя, существование которых не удалось предварительно выявить расчетным путем. Возникновение такой ситуации недопустимо.On the other hand, while minimizing the time spent on testing by significantly increasing the displacement step ΔS of the sensor, it is possible that small-sized zones with a significant change in flow velocity or local separation of the boundary layer, whose existence could not be previously determined by calculation, turn out to be undetected and undetected . The occurrence of such a situation is unacceptable.
Важность минимизации затрат времени на проведение испытаний также обусловлено тем, что в результате большой продолжительности аэродинамического эксперимента увеличивается вероятность отклонения от первоначально заданных входных условий и параметров эксперимента (главным образом термогазодинамических параметров потока на входе в аэродинамическую трубу). Это усложняет обработку и интерпретацию полученных экспериментальных данных, может повлиять на их достоверность и сопоставимость.The importance of minimizing the time spent on testing is also due to the fact that as a result of the long duration of the aerodynamic experiment, the probability of deviation from the originally set input conditions and experimental parameters (mainly the thermogasdynamic flow parameters at the entrance to the wind tunnel) increases. This complicates the processing and interpretation of the obtained experimental data, and may affect their reliability and comparability.
Кроме того, в реальных условиях испытаний машиностроительной техники, где возможно наличие в потоках мелких посторонних частиц, песка - тонкая металлическая нить термоанемометра не обладает достаточной прочностью. Термоанемометр также имеет ограничения по приведенным скоростям потока (λ=0,4…0,5) в связи с увеличением влияния сжимаемости на точность измерения. Поэтому в качестве датчика скорости потока в ряде случаев предпочтительнее применение трубки Пито-Прандтля.In addition, in the real conditions of testing engineering machinery, where there may be small foreign particles in the streams, sand - a thin metal thread of an anemometer does not have sufficient strength. The hot-wire anemometer also has limitations on the reduced flow rates (λ = 0.4 ... 0.5) due to the increased influence of compressibility on the measurement accuracy. Therefore, in some cases, the use of a Pitot-Prandtl tube is preferable as a flow velocity sensor.
Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение необходимого уровня автоматизации, информативности, точности и надежности измерения скорости потока газа с одновременным снижением временных, трудовых и материальных затрат путем диагностирования признака существенного изменения скорости потока и последующего автоматического изменения шага перемещения датчика скорости.The technical result of the claimed invention is to provide the necessary level of automation, information content, accuracy and reliability of measuring the gas flow rate while reducing time, labor and material costs by diagnosing a sign of a significant change in the flow rate and subsequent automatic change in the step of moving the speed sensor.
Технический результат достигается в заявляемом устройстве для определения скорости V потока газа, содержащем персональную ЭВМ для приема измеренных экспериментальных данных, формирования файлов координат положения датчика скорости и выдачи управляющих воздействий в блок управления шаговыми двигателями для позиционирования датчика скорости; модуль ввода данных в персональную ЭВМ от датчика скорости потока; блок управления шаговыми двигателями; координатник для перемещения датчика скорости по координатам X, Y и Z с шагом перемещения ΔS; датчик измерения скорости V потока газа, дополнительно в ЭВМ введены блок определения модуля первой производной средней скорости потока ⏐dV/dT⏐, заранее установленное предельное (уставочное) значение (dV/dT)уст, блок сравнения модуля первой производной средней скорости потока с предельным значением (dV/dT)уст, блок генерирования файлов координат датчика скорости с уменьшенной величиной шага перемещения ΔS' (ΔS'<ΔS) в случае, если модуль первой производной средней скорости потока ⏐dV/dT⏐ превысит (dV/dT)уст.The technical result is achieved in the inventive device for determining the velocity V of the gas stream, containing a personal computer for receiving measured experimental data, generating coordinate files of the position of the speed sensor and issuing control actions to the control unit of the stepper motors for positioning the speed sensor; module for inputting data into a personal computer from a flow rate sensor; stepper motor control unit; coordinator for moving the speed sensor along the coordinates X, Y and Z with a step of movement ΔS; a sensor for measuring the velocity V of the gas flow, in addition to the computer, a unit for determining the module of the first derivative of the average flow velocity ⏐dV / dT заранее, a predetermined limit (setpoint) value (dV / dT) ust , a unit for comparing the module of the first derivative of the average flow velocity with the limit value (dV / dT) mouth , block for generating files of coordinates of the speed sensor with a reduced step size ΔS '(ΔS'<ΔS) if the modulus of the first derivative of the average flow velocity ⏐dV / dT⏐ exceeds (dV / dT) mouth .
На фиг. 1 изображена структурная схема заявляемого устройства для определения скорости V потока газа.In FIG. 1 shows a structural diagram of the inventive device for determining the velocity V of the gas flow.
Элемент 1 представляет собой рабочую часть аэродинамической трубы, в которой размещается исследуемый объект 2, профиль скорости которого подлежит определению.
Блок 3 - датчик скорости V потока, выход которого подается на вход блока 4.Block 3 - speed sensor V flow, the output of which is fed to the input of
Блок 4 представляет собой модуль ввода данных в персональную ЭВМ от датчика скорости потока. Блок 4 представляет собой типовой аналого-цифровой преобразователь и обеспечивает преобразование выходного сигнала датчика скорости в двоичный цифровой код для обработки в ЭВМ.
Блок 5 представляет собой координатное устройство, предназначенное для перемещения блока 3 (датчика скорости V) в пространстве аэродинамической трубы 1.
Блок 6 представляет собой блок управления шаговыми двигателями координатного устройства. Выход блока 6 соединен с входом блока 5.
Все вышеперечисленные блоки и элементы 1…6 могут быть выполнены аналогично прототипа и их конкретное исполнение не является основной целью изобретения.All of the above blocks and
Блок 7 - персональная электронно-вычислительная машина (персональный компьютер). ПЭВМ предназначена для управления ходом эксперимента, в т.ч. для формирования файлов координат датчика скорости и выдачи управляющих воздействий в блок управления шаговыми двигателями для позиционирования датчика скорости.Block 7 - personal electronic computer (personal computer). PC is designed to control the progress of the experiment, including for generating speed sensor coordinate files and issuing control actions to the stepper motor control unit for positioning the speed sensor.
В состав ПЭВМ согласно изобретения дополнительно введены:The composition of the personal computer according to the invention is additionally introduced:
- блок 7.1., представляющий собой блок определения модуля первой производной средней скорости V потока. В указанном блоке последовательно выполняется первая типовая математическая операция - определение первой производной по времени средней скорости потока dV/dT на основе фактических измерений скорости V, а затем вторая операция - определение модуля первой производной средней скорости потока ⏐dV/dT⏐. Выход блока определения модуля первой производной средней скорости потока ⏐dV/dT⏐ соединен с входом блока 7.2;- block 7.1., which is a unit for determining the module of the first derivative of the average velocity V of the stream. In the indicated block, the first typical mathematical operation is sequentially performed - determining the first time derivative of the average flow velocity dV / dT based on actual measurements of the velocity V, and then the second operation - determining the module of the first derivative of the average flow velocity ⏐dV / dT⏐. The output of the module definition block of the first derivative of the average flow velocity ⏐dV / dT⏐ is connected to the input of block 7.2;
- блок 7.2., представляющий собой блок сравнения модуля первой производной средней скорости потока ⏐dV/dT⏐ с его предельным заранее установленным значением (dV/dT)уст. В случае, если модуль первой производной средней скорости потока ⏐dV/dT⏐ не превышает значение (dV/dT)уст, то на выходе блока формируется дискретный сигнал нулевого уровня «0». В случае, если модуль первой производной средней скорости потока превышает заранее установленное значение, то на выходе блока формируется дискретный сигнал единичного уровня «1». Выход блока сравнения модуля ⏐dV/dT⏐ с его предельным значением (dV/dT)уст соединен с входом блока 7.3;- block 7.2., which is a unit for comparing the module of the first derivative of the average flow velocity ⏐dV / dT⏐ with its limiting predetermined value (dV / dT) set . If the modulus of the first derivative of the average flow velocity ⏐dV / dT⏐ does not exceed the value (dV / dT) ust , then a discrete zero level signal “0” is generated at the output of the block. If the module of the first derivative of the average flow rate exceeds a predetermined value, then a unit level discrete signal “1” is generated at the output of the unit. The output of the unit comparison module модуляdV / dT⏐ with its limit value (dV / dT) ust is connected to the input of block 7.3;
- блок 7.3, представляющий собой блок генерирования файлов координат датчика скорости с исходной величиной шага перемещения ΔS или с уменьшенной величиной шага перемещения ΔS' (ΔS'<ΔS).- block 7.3, which is a block for generating files of coordinates of the speed sensor with the initial value of the step of movement ΔS or with a reduced value of the step of movement ΔS '(ΔS' <ΔS).
При наличии дискретного сигнала нулевого уровня «0» изменений в заранее сформированной программе перемещения датчика не происходит и осуществляется перемещение датчика с шагом ΔS. Наоборот, в случае наличия на входе блока 7.3 дискретного сигнала единичного уровня «1», то на выходе блока 7.3 генерируется новый файл координат положения датчика скорости с уменьшенной величиной шага перемещения ΔS' (ΔS'<ΔS).In the presence of a discrete signal of zero level "0", changes in the pre-formed program for moving the sensor do not occur and the sensor is moving with a step ΔS. On the contrary, if there is a discrete signal of unit level “1” at the input of block 7.3, then a new file of coordinates of the position of the speed sensor with a reduced step size ΔS '(ΔS' <ΔS) is generated at the output of block 7.3.
Величина уменьшения и увеличения шага перемещения датчика может быть любой константой и определенной, например, на основе предварительного расчетного моделирования процесса обтекания исследуемого объекта 2. В общем случае величина изменения шага перемещения может быть функцией и носить более сложный, многопараметрический характер.The magnitude of the decrease and increase in the step of moving the sensor can be any constant and determined, for example, based on preliminary computational modeling of the flow around the
Величина ΔS' может быть различной для координат X, Z и Y. В случае, если дискретный сигнал единичного уровня «1» сменился на дискретный сигнал нулевого уровня «0», то генерируется новый файл координат положения датчика скорости с исходной величиной шага перемещения ΔS датчика скорости, начиная с позиции исследуемой точки, где ⏐dV/dT⏐<(dV/dT)уст.The value ΔS 'can be different for the coordinates X, Z and Y. If the discrete signal of unit level "1" has been replaced by a discrete signal of zero level "0", a new file of coordinates of the position of the speed sensor with the initial value of the step of the movement ΔS of the sensor is generated speed, starting from the position of the studied point, where ⏐dV / dT⏐ <(dV / dT) mouth .
В качестве датчика скорости целесообразно применение трубки Пито-Прандтля, напорные линии которой соединены с дифференциальным датчиком давления для определения скорости потока по известным функциям. Сам приемник и регистратор давления имеют высокую надежность и низкую стоимость.As a speed sensor, it is advisable to use a Pitot-Prandtl tube, the pressure lines of which are connected to a differential pressure sensor to determine the flow rate by known functions. The receiver itself and the pressure recorder have high reliability and low cost.
Устройство работает следующим образом. На начальном этапе формируется воздушный поток в следе за исследуемым телом 2, размещенным в аэродинамической трубе 1. На основе заранее установленной программы перемещения, инсталлированной в ПЭВМ 7, и по сигналам ПЭВМ в блоке 6 происходит формирование соответствующего управляющего воздействия в соответствующий шаговый двигатель, при вращении которого происходит перемещение координатника 5 по любой координате последовательно или одновременно по нескольким координатам X, Z и Y при работе нескольких шаговых двигателей.The device operates as follows. At the initial stage, an air flow is formed in the wake of the
В результате происходит последовательное изменение положения датчика 3 измерения скорости. Перемещение датчика скорости осуществляется дискретно, с интервалом ΔS, по управляющему воздействию из ПЭВМ на шаговые двигатели через блок управления шаговыми двигателями. В заданной точке рабочего пространства аэродинамической трубы происходит измерение датчиком 3, выходной сигнал которого обрабатывается в модуле 4 ввода данных, выход которого соединен со входом ПЭВМ (блок 7), где и происходит вычисление скорости потока V.The result is a sequential change in the position of the
Формула определения скорости потока V не является отличительным признаком (новизной), поэтому в предлагаемом устройстве могут применяться любые известные зависимости.The formula for determining the flow velocity V is not a distinctive feature (novelty), therefore, any known dependencies can be used in the proposed device.
В блоке 7.1, являющимся частью ПЭВМ (блока 7), осуществляется определение модуля первой производной средней скорости потока ⏐dV/dT⏐, при этом выходной сигнал блока 7.1. подается на вход блока 7.2.In block 7.1, which is part of the PC (block 7), the module determines the first derivative of the average flow rate ⏐dV / dT⏐, while the output signal of block 7.1. fed to the input of block 7.2.
В случае, если при перемещении датчика измерения скорости из одной точки пространства аэродинамической трубы в другую точку, модуль первой производной средней скорости потока ⏐dV/dT⏐ не превышает его предельным значением (dV/dT)уст, то на выходе блока 7.2 сравнения модуля первой производной средней скорости потока ⏐dV/dT⏐ с его предельным значением (dV/dT)уст формируется дискретный сигнал нулевого уровня «0» и продолжается сканирование потока согласно исходному значению шага перемещения ΔS.If when moving the speed measurement sensor from one point in the space of the wind tunnel to another point, the module of the first derivative of the average flow velocity ⏐dV / dT⏐ does not exceed its limit value (dV / dT) ust , then the output of block 7.2 comparing the module derivative ⏐dV average flow rate / dT⏐ with its limit value (dV / dT) is formed lips binary signal "0" is the zero level and flow continues scanning according to the initial value of the step movement ΔS.
В случае, если при перемещении датчика измерения скорости из одной точки в другую модуль первой производной средней скорости потока ⏐dV/dT⏐ превысит его предельное значение (dV/dT)уст, то на выходе блока 7.2 сравнения модуля формируется дискретный сигнал единичного уровня «1».If, when moving the speed measurement sensor from one point to another, the module of the first derivative of the average flow velocity ⏐dV / dT⏐ exceeds its limit value (dV / dT) ust , then at the output of module comparison unit 7.2 a discrete signal of unit level “1 ".
При наличии дискретного сигнала единичного уровня «1» на выходе блока 7.3 генерируется (формируется) новый файл координат положения датчика скорости с уменьшенной величиной шага перемещения ΔS' (ΔS'<ΔS), например, в два или более раз по сравнению с ΔS. Таким образом, происходит более детальное измерение профиля скорости потока.If there is a discrete signal of unit level “1” at the output of block 7.3, a new file of coordinates of the position of the speed sensor with a reduced step size ΔS '(ΔS' <ΔS) is generated (formed), for example, two or more times in comparison with ΔS. Thus, a more detailed measurement of the flow velocity profile occurs.
В случае, если дискретный сигнал единичного уровня «1» сменился на дискретный сигнал нулевого уровня «0», то на выходе блока 7.3 генерируется новый файл координат положения датчика скорости с увеличенной величиной шага перемещения ΔS датчика скорости, начиная с позиции исследуемой точки, где ⏐dV/dT⏐<(dV/dT)уст. Увеличение шага может быть задано в 2 и более раза по сравнению с текущей величиной шага. Таким образом, минимизируются временные и материальные затраты на исследование профиля скоростей потока газа.If the discrete signal of the unit level “1” has been replaced by a discrete signal of the zero level “0”, then at the output of block 7.3 a new file of coordinates of the position of the speed sensor is generated with an increased step size ΔS of the speed sensor, starting from the position of the point under study, where ⏐ dV / dT⏐ <(dV / dT ) mouth. The step increment can be set in 2 or more times in comparison with the current step size. Thus, the time and material costs of studying the profile of gas flow rates are minimized.
Из понимания общего уровня развития современных измерительных технологий и робототехники возможно конструктивное и функциональное объединение координатника, шагового двигателя в один узел - робот -манипулятор, при этом электронно-вычислительная машина будет дополнительно содержать блок (плату) взаимодействия с роботом-манипулятором.From an understanding of the general level of development of modern measuring technologies and robotics, a constructive and functional combination of a coordinator, a stepper motor into one node is possible - a robot manipulator, while the electronic computer will additionally contain an interaction unit (board) with a robot manipulator.
Таким образом, реализация заявленного устройства позволяет обеспечить высокий уровень автоматизации, информативности, точности и надежности исследований профиля скорости потока с одновременным снижением временных и материальных затрат путем диагностирования признака существенного изменение скорости потока (по первой производной скорости потока по времени dV/dT) и последующего автоматического уменьшения шага перемещения датчика скорости для более детального изучения потока.Thus, the implementation of the claimed device allows to provide a high level of automation, information content, accuracy and reliability of studies of the flow velocity profile while reducing time and material costs by diagnosing a sign of a significant change in flow velocity (with respect to the first derivative of the flow velocity with respect to time dV / dT) and subsequent automatic decrease the step of moving the speed sensor for a more detailed study of the flow.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017145390A RU2673990C1 (en) | 2017-12-24 | 2017-12-24 | Gas flow velocity spatial distribution determination device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017145390A RU2673990C1 (en) | 2017-12-24 | 2017-12-24 | Gas flow velocity spatial distribution determination device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2673990C1 true RU2673990C1 (en) | 2018-12-03 |
Family
ID=64603642
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017145390A RU2673990C1 (en) | 2017-12-24 | 2017-12-24 | Gas flow velocity spatial distribution determination device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2673990C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2780012C1 (en) * | 2021-12-22 | 2022-09-19 | Общество с ограниченной ответственностью "РН-КрасноярскНИПИнефть" | Automated measuring complex for determining the hydrogasdynamic characteristics of swirling flows in devices with narrow annular channels of variable cross-section |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1659865A1 (en) * | 1989-03-13 | 1991-06-30 | Специальное Проектно-Конструкторское Технологическое Бюро "Эксимер" При Одесском Технологическом Институте Холодильной Промышленности | Method of measuring the speed of gas or liquid |
| RU2018850C1 (en) * | 1992-07-15 | 1994-08-30 | Казанский Авиационный Институт Им.А.Н.Туполева | Hot-wire anemometric method of measuring spatial distribution of gas of liquid flow speed (variants) |
| US6687626B2 (en) * | 2001-02-24 | 2004-02-03 | Korea Research Institute Of Standars And Science | Apparatus for measuring distribution of flow rates of flowable medium |
-
2017
- 2017-12-24 RU RU2017145390A patent/RU2673990C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1659865A1 (en) * | 1989-03-13 | 1991-06-30 | Специальное Проектно-Конструкторское Технологическое Бюро "Эксимер" При Одесском Технологическом Институте Холодильной Промышленности | Method of measuring the speed of gas or liquid |
| RU2018850C1 (en) * | 1992-07-15 | 1994-08-30 | Казанский Авиационный Институт Им.А.Н.Туполева | Hot-wire anemometric method of measuring spatial distribution of gas of liquid flow speed (variants) |
| US6687626B2 (en) * | 2001-02-24 | 2004-02-03 | Korea Research Institute Of Standars And Science | Apparatus for measuring distribution of flow rates of flowable medium |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Зверков И.Д. "Экспериментальное исследование отрывного обтекания прямых крыльев с гладкой и волнистой поверхностью при малых числах Рейнольдса". Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Новосибирск, 2004 г. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2780012C1 (en) * | 2021-12-22 | 2022-09-19 | Общество с ограниченной ответственностью "РН-КрасноярскНИПИнефть" | Automated measuring complex for determining the hydrogasdynamic characteristics of swirling flows in devices with narrow annular channels of variable cross-section |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103969022B (en) | A kind of hypersonic wind tunnel turbulivity indirect measurement method | |
| Nasr et al. | A turbulent plane offset jet with small offset ratio | |
| CN105004466B (en) | A kind of high-precision non-contact gas kinetic frictional resistances measuring method and measurement apparatus | |
| Stadtmüller et al. | A test case for the numerical investigation of wake passing effects on a highly loaded LP turbine cascade blade | |
| CN111766039B (en) | Method for calculating measurement result of compressible fluid disturbance mode of subsonic wind tunnel | |
| 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 | |
| Schairer et al. | Measurements of unsteady aeroelastic model deformation by stereo photogrammetry | |
| Iungo | Wandering of a wing-tip vortex: rapid scanning and correction of fixed-point measurements | |
| DRIVER et al. | Features of a reattaching turbulent shear layer subject to an adverse pressure gradient | |
| CN114252228B (en) | Device for measuring speed of hypersonic flow boundary layer | |
| Kosinov et al. | Hot-wire measurements of the evolution of total temperature and mass flow pulsations in a modulated 3D supersonic boundary layer | |
| Coles et al. | Progress report on a digital experiment in spiral turbulence. | |
| RU2673990C1 (en) | Gas flow velocity spatial distribution determination device | |
| Yao et al. | Optimal design of hemispherical 7-hole probe tip with perpendicular holes | |
| Petrie et al. | Compressible separated flows | |
| Reyes et al. | Modeling and simulation of ultrasonic flow meters: State of art | |
| Zhang et al. | The Development of Top-Hat Flow Field in a Circular Symmetrical Subsonic Nozzle | |
| Young Jr et al. | Laser velocimeter systems analysis applied to a flow survey above a stalled wing | |
| Robbins | Detailed Characterization of Flowfields and Uncertainty in a Speed-Bump Turbulent Separated Flow Validation Experiment | |
| Mao et al. | Ground effects on the vortex-induced vibration of bridge decks | |
| Kartashev et al. | Mathematical modelling of vortex generation process in the flowing part of the vortex flowmeter and selection of an optimal turbulence model | |
| Dellacasagrande et al. | A procedure for computing the spot production rate in transitional boundary layers | |
| Mathioulakis et al. | Velocity and vorticity distributions in periodic separating laminar flow | |
| Faleiros et al. | Drag, lift and effective angle of attack from the wake of an airfoil in the open-jet wind tunnel | |
| Zhang et al. | Study on multihole pressure probe system based on LabVIEW |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20191003 |