专利名称：全流向流速测量探针及其测量方法
技术领域：
本发明涉及流体流动测量领域，特指一种全流向流速测量方法，其可以解决特殊复杂场合的流体测量问题。
背景技术：
流动测量是流体力学的重要方向，而复杂流场的速度和方向测量，更是流动测量中的难点，目前常用的流速测量设备有皮托管、五孔探针、七孔探针、激光多普勒测量仪、粒子图像测速仪等。皮托管结构简单，但进行测量时，皮托管要求来流与其轴线夹角不超过5度，否则测量误差很大。五孔、七孔探针可以实现较复杂流场的测量，但能力有限，比如五孔探针只能测量与其轴线夹角在-30° -30°的流动情况，而七孔探针也只是把这个范围扩大到-70° -70°，很多复杂流场依旧无法测量。激光多普勒和粒子图像测速则价格昂贵，且标定复杂容易出错，往往出现差之毫厘谬以千里的现象。其可信度标定反而还需要用测速探针来完成。
发明内容
为了避免和克服上述不足，本发明的目的是提供一种全流向流速测量方法，可以实现大流动角的流速测量，测量流向范围可以达到与测量探针轴线夹角-180° -180°的全角度测量。一种全流向流速测量探针，其特征在于由球形头部(I )、导压套管(2)和8根导压管(3)组成，其中球形头部(I)均匀分布8个取压孔(4)，上述取压孔(4)位于球形头部(I)的内接正方体的8个顶点处，上述导压管(3)分别穿过导压套管(2)伸入球形头部(I)与取压孔(4)相连。一种全流向流速测量探针，其特征在于包括以下过程
步骤一、从前后左右上下正方向看向测压孔，则六方向同为平均分布的四个测压孔，依据前后左右上下六方向，把流动区域分为六个区，分别为I、II、III、IV、V、VIg ;
步骤二、在已知来流角度和速度情况下，使来流流过球形流速探针，产生钝体绕流，标定出角度系数、静压系数、动压系数，具体步骤如下
(2-1)、测量钝体八个测压孔的压力；
(2-2)、求出六个区的表观总压PmP u、Pm、Pw,Pv,Pvi ;表观总压等于每个区四个测压孔的静压的平均值；
(2-3)、比较所求的六个区的表观总压大小，利用来流分布区表观总压最大这一规则，判断来流分布在哪个区；
(2-4)、对于来流所分布的区进行下列计算
(2-4-1)、取该区的任一测压孔标定为第一测压孔，按顺时针或逆时针依次标定其他三个测压孔为第二测压孔、第三测压孔、第四测压孔；上述测压孔的压力分别为P1、P2、P3、P4;将第一测压孔和第三测压孔所在方向定义为俯仰方向，第二测压孔和第四测压孔所在方向定义为侧滑方向；
(2-4-2)、求解该区的俯仰角a角的角度系数Ka、侧滑角P角的角度系数K0，以及各有关的动压系数K,、总压系数K。和静压系数Ks，所涉及的公式如下
权利要求
1.一种全流向流速测量探针，其特征在于由球形头部(I)、导压套管(2)和8根导压管(3)组成，其中球形头部(I)均匀分布8个取压孔(4)，上述取压孔(4)位于球形头部(I)的内接正方体的8个顶点处，上述导压管(3)分别穿过导压套管(2)伸入球形头部(I)与取压孔(4)相连。
2.利用权利要求I所述全流向流速测量探针的测量方法，其特征在于包括以下过程步骤一、从前后左右上下正方向看向测压孔，则六方向同为平均分布的四个测压孔，依据前后左右上下六方向，把流动区域分为六个区，分别为I区、II区、III区、IV区、V区、VI区；步骤二、在已知来流角度和速度情况下，使来流流过球形流速探针，产生钝体绕流，标 定出角度系数、静压系数、动压系数，具体步骤如下(2-1)、测量钝体八个测压孔的压力；(2-2)、求出六个区的表观总压PmP u、Pm、Pw,Pv,Pvi ;表观总压等于每个区四个测压孔的静压的平均值；(2-3)、比较所求的六个区的表观总压大小，利用来流分布区表观总压最大这一规则，判断来流分布在哪个区；(2-4)、对于来流所分布的区进行下列计算(2-4-1)、取该区的任一测压孔标定为第一测压孔，按顺时针或逆时针依次标定其他三个测压孔为第二测压孔、第三测压孔、第四测压孔；上述测压孔的压力分别为P1、P2、P3、P4;将第一测压孔和第三测压孔所在方向定义为俯仰方向，第二测压孔和第四测压孔所在方向定义为侧滑方向；(2-4-2)、求解该区的俯仰角α角的角度系数Ka、侧滑角β角的角度系数Ke，以及各有关的动压系数K,、总压系数K。和静压系数Ks，所涉及的公式如下_ρλζ _I(fJ+P2+P3+P+)-|cP3+F1)=_~ _P |(i= + p2+i| + p4)-l(p4+p2)q= D 1/D D D D、其中q为动压，Pm为四个取压孔压力最大值；~~4+ 3 + 4)n= ^~I.....Td................D..................D.................D"其中Po为总压，Pm为四个取压孔压力最大值；^--( + Ρ2+Η+^)P,-!(P1 + ^+ F3+P4)= ^I- 其中Ps为静压，Pm为四个取压孔压力最大值；q =其中p为流体密度，V为流体速度；(2-4-3)改变俯仰角和侧滑角，校准出该区系数曲线，包括Κα_α曲线、Κ0_β曲线、Kq- α曲线、K。-。曲线和Ks-a曲线；步骤三、校准出六个区的系数曲线；步骤四、实际测量过程如下如下使来流流过球形流速探针，产生钝体绕流；测量钝体八个测压孔的压力；求出六个区的表观总压，判断来流分布在哪个区；依据该区的四个取压孔，求出俯仰角角度系数、侧滑角角度系数、动压系数、总压系数和静压系数；再依据该区已经校准出的系数曲线，插值求出来流的大小、角度、静压和总压。全文摘要
本发明公开了一种全流向流速测量探针及其测量方法，涉及流体速度大小和方向的测量领域。其结构包括球形探针头部的八个测压孔、由探针尾部引出的八个导压管；其特征是探针头部为球形、八个测压孔平均分布于球形之上，因此从前后左右上下正方向看测压孔，则六个正方向同为平均分布的四个测压孔。测量过程中，参考表观总压最大的那个，首先判断来流在哪个分区，再结合分区表观总压、分区四孔压力、流速系数和角度系数等，计算出流速大小和流动方向；其特点是结构简单、价格低廉、可测流向范围广等；该型流速测量探针可广泛应用于工程和科学研究的三维流场测量。
文档编号G01P5/02GK102636662SQ20121011694
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月20日 优先权日2012年4月20日
发明者李鹏, 白亚磊, 谈志晶, 钟伟 申请人:南京航空航天大学