本发明专利技术公开了一种动态熵探针，包括基尔整流罩、静压孔、第一高频响压力传感器、热线孔、总压管、基尔整流罩孔、引压管、第二高频响压力传感器、压力传感器支架、热线、热线支架和半无限长柔性管。利用本发明专利技术提供的动态熵探针，能够对流动的总压、静温和速度进行动态测量，从而得到当地的熵。测量得到的熵是衡量内部流动损失最合理的物理量，因而本发明专利技术可以定量分析非定常流动甚至是叶轮机械内部流动损失对效率影响的权重。
【技术实现步骤摘要】
一种动态熵探针
本专利技术涉及非定常流场测量与叶轮机械测量
，尤其是一种适用于三维非 定常流场动态测量的动态熵探针。
技术介绍
熵是衡量流动不可逆或损失的一个最合理的量，因为它可直观分析各流动损失对 效率影响的权重，且与参考系无关。虽然为了理解非定常损失产生的机理，研究上有了很大 的进步，但是目前对动态熵的了解还是不全面的，其中的一个原因就是缺乏对动态熵准确 的测量。 在叶轮机械中的流动是十分复杂的，有关熵的测量比较少见，国际上只有少数的 几个人进行了尝试并取得成功。Ng和Epstein是第一个利用双热线吸气式探针来测量跨音 压气机中的熵；Payne也是利用吸气式探针测量了一个高压润轮级的熵；Michel Mansour 利用一个48kHz带宽，1. 8mm直径的熵探针测量了叶轮机械中的流动损失。 双热线吸气探针的原理是由MIT的Ng和Epstein两人于1983年最初专利技术的，可 同时测量气流总温和总压的波动。探针是基于两根共面的定常温度热线和特殊的吸气式结 构，探针内有堵塞的出口，以使热线所在平面的气流始终达到定常的马赫数，从而使热线的 输出是当地的总温和总压的函数。 传统的热线测量是依靠热能向流体的对流换热，因而对于一个定常温度热线在均 匀成分中，其所在电桥输出电压的平方和能量耗散存在正比例关系为： V2 = f(pU) (Tw-rT〇) (1) Tw为线的温度，?；为流体的总温，r为恢复系数，p U为线所在平面的质量流量。 根据探针所特有的吸气式结构和相关的气动公式推导，气体的密流（PU)是总温总压的函 数。最后可以得出双热线吸气式探针的基本方程： r \?ι V2= Q 夺 +D, {Tw-rT0) (2) 其中，C和D是校准系数。公式⑵提供热线的输出电压是当地总温和总压的函 数，如果双线在不同的电路中工作在不同的T w下，同时测得的两个电压值就可以推得总压 匕和总温?；。在1985年，两人将新设计的探针用来测量跨音压气机的总温总压分布，成功 的测量了转子后的熵。 2002年剑桥大学的S. J. Payne等学者，利用吸气式探针测量了一个高压比涡轮级 模型叶片后的非定常的熵增，首次定量测量了级效率的不同损失机制。2007年，Payne讨论 了吸气式探针高频的效果，有三个主要的效果：热线的频率响应、探针流道内马赫数的波动 和热线在高频时热转换的变化。 2007年来自瑞士联邦理工学院的Michel Mansour成功研制出了一个48kHz外径 1. 8mm的快速响应熵探针，为了更加清楚地了解涡轮机械中熵的损失。其中的总温测量采 用薄膜技术。两个200nm厚的镍以蛇形喷涂圆柱形石英基板上，薄膜工作于不同的温度， 通过建立热传导和对流换热方程即可得出所测的总温值。这样结构坚固稳定，具有较高的 空间分辨率和温度敏感性。总压是利用一个内置的压力传感器芯片，总压孔位于薄膜上方 2. 25_的探针顶部，该芯片位于惠斯顿电桥中，采用定常激励电流的模式，根据输出电压的 变化得出总压。该探针经过校准后，分别应用于脉冲射流、离心压气机和轴流压气机，都取 得了比较满意的结果。 吸气式探针，尽管可以同时测量当地总温总压的波动。但存在较多缺陷。首先探 针的角度敏感性有限，最大只能达到±12°，不能应用于大角度的流场。探针的频响有限， 无法捕获高频的信号。另外，热线易受污染，由于线的直径较小，极容易发生断裂。气动薄 膜熵探针，压力传感器芯片和薄膜流量计容易受损，对于气流的敏感性较大，而且探针的制 作成本高。 鉴于以上的研究，认为只有热线（热膜）技术，能实现高频响的温度测量，因此本 专利技术提出了以静压、总压和热线的结构来测量动态熵的原理与设计，具有结构稳定、气流敏 感性小和成本低等优点，能够适用于叶轮机械内部流动方向和速度大小剧烈变化以及通道 狭小等特征。
技术实现思路
(一）要解决的技术问题 有鉴于此，本专利技术的主要目的是提供一种动态熵探针，该探针可以测量流场中的 动态总温和总压的值，从而算出熵值。因为熵值与损失是相关联的，其可定量分析非定常流 动甚至是叶轮机械的损失对效率影响的权重。 (二）技术方案 为达到上述目的，本专利技术提供了一种动态熵探针，该动态熵探针包括基尔整流罩 1、静压孔2、第一高频响压力传感器3、热线孔4、总压管5、基尔整流罩孔6、引压管7、第二 高频响压力传感器8、压力传感器支架9、热线10、热线支架11和半无限长柔性管12,其中： 基尔整流罩1的进流方向开口呈内切口，静压孔2开设于基尔整流罩1前端，静压 孔2与第一高频响压力传感器3相连接，热线孔4开设于基尔整流罩1上与静压孔2同一 轴向位置且垂直的周向位置处； 热线支架11位于基尔整流罩1两侧的槽内，热线10穿过热线孔4并焊接到两侧 的热线支架11上； 总压管5位于基尔整流罩1内后端且插入引压管7内部，引压管7从基尔整流罩 1后端插入基尔整流罩1内； 引压管7的后部穿过压力传感器支架9上的通孔，压力传感器支架9上开设有压 力孔，第二高频响压力传感器8插入该压力孔内与引压管7相连接，半无限长柔性管12与 引压管7的尾部相连接。 上述方案中，该基尔整流罩1的进流方向开口呈内切口的角度为30°。 上述方案中，该静压孔2开设于基尔整流罩1前端距离前缘3. 5mm处，直径Φ为 0. 5mm〇 上述方案中，该第一高频响压力传感器3用于测量动态静压。 上述方案中，该热线孔4直径为0. 5mm。 上述方案中，该热线10用于测量探针内部流道静温和Ma数的关系，其长度为4mm。 上述方案中，该总压管5用于收集总压，优其内径为1mm，外径为1.2mm，插入引压 管7内部并用AB胶与引压管7相连接。 上述方案中，该引压管7的内径为1. 2mm，外径为1. 6mm。 上述方案中，该压力传感器支架9上的通孔的直径为1.6mm，压力孔的直径为 1. 7 mm η 上述方案中，该第二高频响压力传感器8用于测量动态总压。 (三）有益效果 本专利技术的动态熵探针，优点在于： 1、热线往往容易断裂，相比于双热线吸气式探针的双热线结构，由于本专利技术提供 的动态熵探针采用单一的热线结构上更加稳定，而且在以上熵探针的原理介绍中并未出现 涉及气体成分的参数，因而适用于任意成分的气体。 2、本专利技术提供的动态熵探针，原理上利用热线技术和动态总压探针技术，热线已 经广泛应用于非定常流场的测量，两者技术上比较成熟，大大降低了熵探针加工的难度和 成本，更加方便地实现高频响的目标。 3、本专利技术提供的动态熵探针，整体结构尺寸较小，最大直径为6mm，基尔整流罩的 内切口结构使探针对气流角度敏感性小，能够给实现微小流动结构或大流动角度的测量， 达到了较高的空间分辨率。 【附图说明】 图1为依照本专利技术实施例的动态熵探针静压孔截面的剖视图； 图2为依照本专利技术实施例的动态熵探针热线截面的剖视图； 图3为依照本专利技术实施例的基尔整流管的剖视图。 【具体实施方式】 为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种动态熵探针，其特征在于，该动态熵探针包括基尔整流罩(1)、静压孔(2)、第一高频响压力传感器(3)、热线孔(4)、总压管(5)、基尔整流罩孔(6)、引压管(7)、第二高频响压力传感器(8)、压力传感器支架(9)、热线(10)、热线支架(11)和半无限长柔性管(12)，其中：基尔整流罩(1)的进流方向开口呈内切口，静压孔(2)开设于基尔整流罩(1)前端，静压孔(2)与第一高频响压力传感器(3)相连接，热线孔(4)开设于基尔整流罩(1)上与静压孔(2)同一轴向位置且垂直的周向位置处；热线支架(11)位于基尔整流罩(1)两侧的槽内，热线(10)穿过热线孔(4)并焊接到两侧的热线支架(11)上；总压管(5)位于基尔整流罩(1)内后端且插入引压管(7)内部，引压管(7)从基尔整流罩(1)后端插入基尔整流罩(1)内；引压管(7)的后部穿过压力传感器支架(9)上的通孔，压力传感器支架(9)上开设有压力孔，第二高频响压力传感器(8)插入该压力孔内与引压管(7)相连接，半无限长柔性管(12)与引压管(7)的尾部相连接。
【技术特征摘要】
1. 一种动态熵探针，其特征在于，该动态熵探针包括基尔整流罩（1)、静压孔（2)、第一 高频响压力传感器（3)、热线孔（4)、总压管（5)、基尔整流罩孔（6)、引压管（7)、第二高频响 压力传感器（8)、压力传感器支架（9)、热线（10)、热线支架（11)和半无限长柔性管（12)， 其中： 基尔整流罩（1)的进流方向开口呈内切口，静压孔（2)开设于基尔整流罩（1)前端，静 压孔（2)与第一高频响压力传感器（3)相连接，热线孔（4)开设于基尔整流罩（1)上与静 压孔（2)同一轴向位置且垂直的周向位置处； 热线支架（11)位于基尔整流罩（1)两侧的槽内，热线（10)穿过热线孔（4)并焊接到 两侧的热线支架（11)上； 总压管（5)位于基尔整流罩（1)内后端且插入引压管（7)内部，引压管（7)从基尔整 流罩（1)后端插入基尔整流罩（1)内； 引压管（7)的后部穿过压力传感器支架（9)上的通孔，压力传感器支架（9)上开设有 压力孔，第二高频响压力传感器（8)插入该压力孔内与引压管（7)相连接，半无限长柔性管 (12)与引压管（7)的尾部相连接。2. 根据权利要求1所述的动态熵探针，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨林，王偲臣，李继超，林峰，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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