Konstant-Temperatur-Anemometrie: Ein Werkzeug zur Untersuchung der turbulenten Grenzschichtströmung

1. Dynamische Reaktionsbestimmung des Heißdrahtsystems

Der Zweck dieses Verfahrens ist es zu verstehen, wie schnell das Anemometersystem auf Flusssignaländerungen reagieren kann. Diese Fähigkeit wird durch Messung des Frequenzgangs gemessen, wenn sich das Signal durch Anwenden einer quadratischen Welle ein- und ausschaltet.

1. Sichern Sie die Heißdrahtsonde des CTA-Systems innerhalb eines Windkanals mit einem Stützschacht.
2. Richten Sie ein GLEICHstromnetzteil, Signalgenerator und Oszilloskop ein und schließen Sie sie an, wie in Abbildung 2(a) dargestellt. Der Signalgenerator liefert einen quadratischen Welleneingang zur Wheatstone-Brücke, und die Ausgangswellenform wird auf dem Oszilloskop visualisiert.
3. Schalten Sie das Heißdrahtnetzteil, das Oszilloskop und den Signalgenerator ein.
4. Richten Sie den Signalgenerator ein, um eine rechteckige Welle mit 150 mV Amplitude und 10 kHz Frequenz auszugeben.
5. Beobachten Sie das Ausgangssignal im Oszilloskop, um sicherzustellen, dass die Ausgangswellenformfrequenz und Amplitude korrekt sind.
6. Schließen Sie den Testabschnitt, und schließen Sie den seriellen Anschluss an. Schalten Sie den Windkanal ein und stellen Sie die Fluggeschwindigkeit auf 40 mph ein.
7. Sobald sich der Luftstrom stabilisiert, messen Sie die Breite des Signalüberschießens, ,vom Oszilloskop. Siehe Abbildung 3 für die Definition von .
8. Verwenden Sie den Messwert von -, um die Abschaltfrequenz des Heißdrahtsystems mit der Gleichung zu erhalten: f_cut = 1/1.5.
9. Schalten Sie den Windkanal aus.

2. Hot-Wire-Kalibrierung

Ziel dieses Verfahrens ist es, die Korrelation zwischen der Fluggeschwindigkeit und dem elektrischen Potenzial der Wheatstone-Brücke zu ermitteln. Dadurch kann die Strömungsgeschwindigkeit gemessen werden.

1. Stellen Sie die Heißdrahtsonde an die vertikale Position ein, so dass sie weit genug von der flachen Platte entfernt ist, die in diesem Fall der Boden des Windkanals ist, so dass sie sich im Freistrombereich befindet.
2. Starten Sie die Windkanalsteuerungssoftware.
3. Öffnen Sie die Software für virtuelle Instrumente, und legen Sie die Abtastfrequenz auf 10 kHz und die Anzahl der Samples auf 100.000 fest. Diese Parameter werden durch die Fließeigenschaften des zu messenden Strömungsfeldes bestimmt und können je nach Kenntnis der Konvergenzanforderungen der Zielstatistik variieren.
4. Stellen Sie die Windkanalgeschwindigkeit auf 0 mph fest, und notieren Sie die Spannung auf der Wheatstone-Brücke.
5. Erhöhen Sie die Windkanal-Luftgeschwindigkeit um Inkremente von 3 mph bis zu 15 mph. Lassen Sie den Strom bei jeder Luftgeschwindigkeit stabilisieren, bevor Sie die Spannung messen.
6. Erhöhen Sie die Windkanal-Luftgeschwindigkeit um Inkremente von 5 mph bis zu 60 mph, und messen Sie die Spannung bei jedem Schritt.
7. Wenn alle Messungen abgeschlossen sind, reduzieren Sie den Luftstrom auf 30 mph, und schalten Sie dann den Windkanal aus.

Abbildung 3. Schematisch für die Breite des Signalüberschießens, wie auf einem Oszilloskop während eines quadratischen Wellentests beobachtet.

3. Grenzschichtvermessung

1. Mit der gleichen Einrichtung wie im vorherigen Versuchsabschnitt senken Sie die Heißdrahtsonde langsam, bis sie den Testabschnittsboden berührt, der als flacher Teller fungiert.
2. Schalten Sie den Windkanal ein und stellen Sie die Fluggeschwindigkeit auf 40 mph, die Abtastfrequenz auf 10 kHz und die Anzahl der Proben auf 100.000 wie bisher.
3. Zeichnen Sie den Spannungswert bei der niedrigsten vertikalen Einstellung auf, die sich neben der flachen Platte und in der Begrenzungsschicht befindet.
4. Bewegen Sie die Sonde vertikal, erhöhen Sie die Höhe in Schritten von 0,05 mm bis zur Höhe von 0,50 mm, und erfassen Sie den Spannungsstand in vertikaler Position.
5. Erhöhen Sie die Sondenhöhe in Schritten von 0,10 mm bis zur Höhe von 1,50 mm, und erfassen Sie den Spannungsstand in vertikaler Position.
6. Erhöhen Sie die Sondenhöhe in Schritten von 0,25 mm bis zur Endhöhe von 4,00 mm, und erfassen Sie den Spannungsstand in vertikaler Position.
7. Wenn alle Messungen abgeschlossen sind, reduzieren Sie die Luftgeschwindigkeit auf 20 mph, und schalten Sie dann den Windkanal, CTA, Stromversorgung, Oszilloskop und Funktionsgenerator aus.