专利名称：稳态熵探针的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力电子行业流体场测量技术领域，尤其涉及一种用于狭小通道大流 动角度复杂漩涡流场的微型稳态熵探针。
背景技术：
当代叶轮机械在追求高压比、小尺寸的前提下还要兼顾高效率，而内部流动的好坏直接影响着效率。基于流场中的熵产的分布，在探讨损失机理的同时可直观分析叶轮机械各部件的流动损失对效率影响的权重，能够为设计人员对叶轮机械的设计及优化提供有效的信息。因此，对流场的熵产的测量显得十分迫切。熵产无法直接进行测量，只能通过测量所得总压值和总温值间接获取。目前熵产测量中的总压与总温测量中主要应用高频响动态压力传感器(高频响动态探针)和温度传感器(高频响热膜)，其价格昂贵、尺寸较大，并且在计算熵产的时候主要利用总压和总温的算术平均值。图I为现有技术应用于叶轮机械中非稳态熵探针的实物照片。如图I所示，其采用压力孔内装有高频响动态探针测量总压，气流角度变化大对其测量效果有很大影响；头部基片上贴有高频响热膜，热膜两端的不同温度的馈电电流，通过如建立热传导及对流换热方程即可计算出热膜所测量总温值，最后由总压和总温值通过公式一计算熵产，
TP^ = S ln^尺1n ln^ 公式一
t.reft’ref其中，Λ S为熵产，其单位为J/K;Cp为定压比热容，其单位为J/(kg. K) ;R为气体常数，其单位为J/kg. K ；T为总温,其单位为K, P为总压,其单位为Pa, Ttjref为参考总温,其单位为K，Ptjref为参考总压,其单位为Pa。申请人:意识到目前基于高频响动态探针及高频响热膜的非稳态熵探针，通过锁相平均(算术平均)虽然能够提供熵产分布云图，但造价非常昂贵，不利于其在熵测量领域普及应用；并且针对叶轮机械内部流动具有高马赫数、流动方向和速度剧烈以及流动通道狭小等特征，考虑到传感器的尺寸以及对气流角度的敏感性，目前的非稳态熵探针无法满足测量要求。
发明内容
(一 )要解决的技术问题为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种稳态熵探针，以降低熵探针的成本，提高其对叶轮机械内部环境的适应能力。( 二 )技术方案根据本发明的一个方面，提供了一种稳态熵探针。该稳态熵探针包括基尔管，在基尔管的中部设置开孔；皮托管和外侧包有套管的热电偶从开孔伸入基尔管内部；皮托管伸入基尔管内部的与基尔管轴向平行的端部朝向基尔管内的进流方向。 优选地，本发明稳态熵探针中，热电偶位于皮托管相对于来流方向的后侧，其伸入基尔管的长度大于皮托管伸入基尔管的长度。优选地，本发明稳态熵探针中，热电偶套管的头部具有锐角切口作为滞止罩，滞止罩朝向基尔管内的来流方向；在滞止罩的中部设置放气孔，热电偶的热端悬空于滞止罩内。优选地，锐角切口的角度为45°。优选地，本发明稳态熵探针中，基尔管位于进流方向的开口四周的管壁自外向内呈锐角斜切口。优选地，锐角斜切口的角度为30°。优选地，本发明稳态熵探针中，基尔管、皮托管及热电偶套管通过锡焊或激光焊密封固定。优选地，本发明稳态熵探针中，皮托管的外径为O. 5mm ;热电偶套管的外径为
O.8mm;基尔管的内径为I. 5mm,外径为I. 8mm,长度为5mm。优选地，本发明稳态熵探针中，基尔管中部设置两个开孔；皮托管和外侧包有套管的热电偶分别从其对应的开孔伸入基尔管内部。(三)有益效果在满足测量要求的前提下采用稳态熵探针，虽不能提供熵产分布云图，但给出相应地熵产分布曲线对于流场中损失机理研究还是具有一定的实际意义。具体来讲，本发明稳态熵探针具有下列有益效果①由于采用热电偶、皮托管等常规的稳态测量元件，因此本发明降低了熵探针的成本。②本发明熵探针尺寸小、对气流角度不敏感，解决了叶轮机械通道狭小、流动复杂的毫米和厘米级的流场中熵产的测量问题，可在航空发动机、燃气轮机、中央空调离心压缩机、二氧化碳压缩机等产业中发挥作用。
图I为现有技术应用于叶轮机械中非稳态熵探针的实物照片；图2为本发明实施例稳态熵探针的实物照片；图3a为本发明实施例稳态熵探针剖面构造图；图3b为图2a稳态熵探针沿W方向的剖视图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于所述值。图2为本发明实施例稳态熵探针的实物照片。从该图可以看出该稳态熵探针大概的结构与各部件的比例关系。图3a为本发明实施例稳态熵探针剖面构造图；图3b为图3a稳态熵探针沿W方向的剖视图。如图3a及图3b所示，稳态熵探针包括基尔管l(Kiel管)，在基尔管的中部依次设置两个开孔，皮托管2和外侧包有套管3的热电偶分别从其对应的开孔伸入基尔管内部，皮托管、热电偶套管与基尔管密封固定；皮托管伸入基尔管内部的与基尔管轴向平行的端部朝向基尔管内的进流方向。如图3a及图3b所示，D2、D1分别是基尔管的内、外径，LI为基尔管的长度，为适应叶轮机械通道的应用环境，优选地，Dl = I. 8mm, D2 = I. 5mm, LI = 6mm。对于上述开孔,其位置位于在基尔管壁距进口轴向3. 65mm、4mm处,两个开孔的尺寸分别为Φ0. 5mm和Φ0. 8mm。为了利于测量，热电偶位于皮托管相对于来流方向的后侧，其伸入基尔管的长度大于皮托管伸入基尔管的长度。为了保证管内总压在来流气流角为±45°以内不受影响，基尔管I位于进流方向的开口四周的管壁自外向内呈锐角斜切口。优选地，锐角斜切口的角度为30°。如图3a及图3b所示，皮托管的内、外径分别为D4、D3，优选地，D4 = O. 2mm, D3 =
O.5_。皮托管进口与基尔管进口的距离为L2，皮托管沿气流方向长度为L3，优选地，L2 =
2.4mm, L3 = I. 4_。皮托管的后端连接稳态压力测量的其他元件，如普通压力变送器(未在图3b中示出)。热电偶外的套管选用内径为O. 5mm,外径D5为O. 8mm的空心管,优选地,空心管头部具有锐角切口作为滞止罩5，滞止罩5朝向基尔管内的来流方向，优选地，锐角切口的角度为45°。切口轴向长度L4为O. 5mm，在轴向长度为L5 = O. 25mm处中心位置开Φ0. 2mm的放气孔6，由于切口进口面积远大于放气孔，气流在切口内速度非常低，热电偶热端4 (将热端单独拉出O. 25mm悬空)在此处测量温度可近似认为总温，因此该切口即为所称滞止罩。表I为本发明实施例稳态探针各部件的具体尺寸。表一稳态探针各部件的具体尺寸
权利要求
1.一种稳态熵探针，其特征在于，包括基尔管，在所述基尔管的中部设置开孔；皮托管和外侧包有套管的热电偶从所述开孔伸入所述基尔管内部；所述皮托管、所述热电偶套管与所述基尔管密封固定；所述皮托管伸入所述基尔管内部的与所述基尔管轴向平行的端部朝向基尔管内的进流方向。
2.根据权利要求I所述的稳态熵探针，其特征在于所述热电偶位于所述皮托管相对于所述来流方向的后侧，其伸入所述基尔管的长度大于所述皮托管伸入所述基尔管的长度。
3.根据权利要求I所述的稳态熵探针，其特征在于所述热电偶套管的头部具有锐角切口作为滞止罩，所述滞止罩朝向基尔管内的来流方向；在所述滞止罩的中部设置放气孔，所述热电偶的热端悬空于所述滞止罩内。
4.根据权利要求3所述的稳态熵探针，其特征在于所述锐角切口的角度为45°。
5.根据权利要求I所述的稳态熵探针，其特征在于所述基尔管位于所述进流方向的开口四周的管壁自外向内呈锐角斜切口。
6.根据权利要求5所述的稳态熵探针，其特征在于所述锐角斜切口的角度为30°。
7.根据权利要求I至6中任一项所述的稳态熵探针，其特征在于所述基尔管、皮托管及热电偶套管通过锡焊或激光焊密封固定。
8.根据权利要求I至6中任一项所述的稳态熵探针，其特征在于所述皮托管的外径为O. 5mm ；所述热电偶套管的外径为O. 8mm ；所述基尔管的内径为I. 5mm,外径为I. 8mm,长度为5mm。
9.根据权利要求I至6中任一项所述的稳态熵探针，其特征在于所述基尔管中部设置两个开孔；所述皮托管和外侧包有套管的热电偶分别从其对应的开孔伸入所述基尔管内部。
全文摘要
本发明公开了一种稳态熵探针。该稳态熵探针包括基尔管，在基尔管的中部设置开孔；皮托管和外侧包有套管的热电偶从开孔伸入基尔管内部；皮托管伸入基尔管内部的与基尔管轴向平行的端部朝向基尔管内的进流方向。由于采用热电偶、皮托管等常规的稳态测量元件，因此本发明降低了熵探针的成本。
文档编号G01D21/00GK102937458SQ20111023252
公开日2013年2月20日 申请日期2011年8月15日 优先权日2011年8月15日
发明者王永生, 林峰, 聂超群 申请人:中国科学院工程热物理研究所