用于确定绕流的面上的壁剪切应力和/或转变点的方法和测量设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于确定绕流的面上的壁剪切应力和/或转变点的方法。此外，本发明涉及一种根据权利要求12所述的测量设备。
【背景技术】
[0002]为了理解绕流的体部上的流动过程重要的是:借助于测量确定层流和涡流之间的过渡点或转变点。此外，对此应用所谓的热膜风速测量法，所述热膜风速测量法例如沿着绕流的体部的线求得转变点。借助于热膜风速测量法测量和相应的标定能够确定壁剪切应力。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是:提出一种用于确定绕流的面上的壁剪切应力和/或转变点的新型的无接触的方法。此外，本发明的目的是提出一种相应的测量设备。
[0004]根据本发明的目的通过具有权利要求1的特征的方法来实现。此外，所述目的通过具有权利要求12的特征的测量设备来实现。
[0005]因此根据本发明，提出用于借助于热摄影术确定绕流的面上的转变点的方法。借助该方法能够附加地或替选地确定绕流的面上的壁剪切应力。
[0006]通常，转变点描述尤其是沿着面、在空间中或沿着线从层流到涡流的转变点，或从涡流到层流的转变点。转变点也称作为流的非稳定点。
[0007]热摄影术描述用于测量和/或显示物体的温度、尤其是表面温度的成像方法。在此，将从例如物体的一个点或面发出的红外辐射的强度认作为用于其温度的度量。
[0008]为了确定转变点和/或壁剪切应力，根据本发明的方法包括如下步骤:在要通流或要绕流的(简称:绕流的)面上提供具有隔热层的表面;对要绕流的面进行通流或绕流(简称:绕流)；加热绕流的面;借助于摄像系统无接触地测量绕流的面的输出的热量;确定绕流的面上的至少一个温度衰减系数；以及求得绕流的面上的壁剪切应力和/或转变点或将到流中的热传递定性地可视化。
[0009]根据本发明的测量设备设置、构建和/或配置用于确定绕流的面上的壁剪切应力和/或转变点。此外，测量设备配置用于至少执行下述方法步骤:加热绕流的面;借助于摄像系统无接触地测量绕流的面的输出的热量;确定绕流的面上的至少一个温度衰减系数并且求得绕流的面上的壁剪切应力和/或转变点。对此，所述测量设备具有相应所需的设备。
[0010]在全部上面的和下面的实施方案中，表述“能够是”或者“能够具有”等与“优选是”或“优选具有”等应理解是同义的并且应阐述根据本发明的实施方式。
[0011]本发明的有利的改进形式分别是从属权利要求和实施方式的主题。
[0012]根据本发明的实施方式能够具有一个或多个下述特征。
[0013]如在此所使用的术语“隔热层”表示具有低的导热特性的层。材料或物质中的热传导的度量是材料或物质的导热性。导热性是物质特性。
[0014]隔热层能够称作为具有差的导热特性的层。如果例如隔热层的表面借助于热源加热(例如通过热辐射)，那么热量仅以小的程度被所述隔热层传递(或仅以小的程度在表面上传递)。
[0015]通常不存在对导热性的限制。当然指出:有利的是:隔热层的导热性最多是基础材料的导热性的五分之一。
[0016]例如能够将如ΙΟΟμπι的环氧树脂漆用作为隔热层。
[0017]在一些根据本发明的实施方式中，隔热层均具有几微米(μπι)、例如0.Ιμ??和500μηι
之间的厚度。
[0018]隔热层能够称作为热绝缘层。
[0019]在一些根据本发明的实施方式中，将隔热层施加进而提供到要绕流的面的表面上。例如，隔热层能够可脱离地或不可脱离地施加和固定在表面上，尤其借助于粘接来固定。替选地，隔热层能够被涂漆、蒸镀、附着、熔焊(例如借助于点焊)、钎焊和夹紧。上述固定方法的组合根据本发明同样是可行的。
[0020]在一定的根据本发明的实施方式中，已经以预制的方式在表面上提供具有隔热层的要绕流的面。例如，隔热层能够在特别的制造条件下(例如真空下)与要绕流的面在其他的地方被制造。
[0021]在一些根据本发明的实施方式中，对要绕流的面主动地进行绕流。如在此所使用的术语“主动”表示直接偏转到要绕流的面上的流，这例如在如下风洞中的模型中是这种情况，在所述风洞中流偏转到模型上，以便研究特定的流动现象。模型例如能够是具有翼型的飞行器、涡轮机中的定子叶片或用于确定风阻的汽车模型。
[0022]在一些根据本发明的实施方式中，对要绕流的面被动地进行绕流。如在此所使用的术语“被动”表示强制地对型材绕流的流，因为型材本身运动。这例如在燃气轮机的转子叶片(或叶轮)中出现，所述转子叶片经受绕流，因为转子叶片本身运动(处于旋转中)。
[0023]在特定的根据本发明的实施方式中加热绕流的面，尤其是短暂地加热。
[0024]绕流的面的加热在一些根据本发明的实施方式中在隔热层的自由表面上加热，SP在隔热层的不直接与绕流的面连接的侧上加热。
[0025]在一些根据本发明的实施方式中，借助于摄像系统，尤其借助于红外摄像系统无接触地测量绕流的面的输出的热量。红外摄像也称作为热成像摄像或热摄影摄像。
[0026]在一些根据本发明的实施方式中，无接触地面状地测量绕流的面的输出的热量。在此，面状的测量应理解为如下测量，所述测量不借助于点状的或线状的测量或扫描(例如在所谓的线扫描方法中)逐步地构建面状的测量，而是所述测量借助唯一一次测量检测要测量的面。该面状的测量能够称作为整面的测量。
[0027]在一些根据本发明的实施方式中，绕流的面的输出的热量无接触地立体地和/或二维地在表面上测量。
[0028]在特定的根据本发明的实施方式中，确定绕流的面上的至少一个温度衰减系数。特别地，能够在表面上在每个位置(同义于每个部位)处和/或面状地确定温度衰减系数。
[0029]温度衰减系数能够与热传递系数成比例或可以这样假设。
[0030]在一些根据本发明的实施方式中，在已经确定绕流的面上的至少一个温度衰减系数之后，求得绕流的面上的壁剪切应力和/或转变点。换而言之，基于温度衰减系数的确定求得绕流的面上的壁剪切应力和/或转变点。
[0031]在一定的根据本发明的实施方式中，隔热层的表面具有施加到表面上的功能层。例如，表面能够具有带有高发射率颜色(同义与:具有高的发射度的颜色)的层作为功能层。如在此所使用的术语体部的“发射度”说明:与理想的热辐射体、所谓的黑体相比体部输出多少(热)辐射。例如，极化的铁具有大约εΝ = 0.1的低的发射度(体部的发射度εΝ能够作为从体部的面元件中的专门的放射与由相同温度的黑体放射的射线密度之比来给出)。
[0032]发射度在相关的波长范围中和/或在相关的导热性中应是尽可能尚的，例如εΝ>
0.6ο
[0033]在一些实施方式中，通过施加功能层，能够借助于摄像系统相对于没有功能面的绕流的面以高的信噪比检测绕流的面的输出的热量。
[0034]在特定的根据本发明的实施方式中，借助于摄像系统求得绕流的面的输出的热量的参考值，其中要绕流的面在检测参考值时不被绕流。因此，在检测参考值时尤其执行如下步骤:在要绕流的面上提供具有隔热层的表面，加热该面，借助于摄像系统关于时间无接触地测量该面的λ范围(λ =波长)中的输出的辐射强度，确定该面上的至少一个温度衰减系数。
[0035]在一些根据本发明的实施方式中，确定要绕流的面上的温度衰减常量，其中从测量值中减去(或减掉)参考值或者相反(将测量值从参考值中减去)。测量值在此涉及在对要绕流的面绕流时的绕流的面的输出的辐射强度。借助于该差形成，有利地能够避免由于不同的局部的发射系数和导热性以及表面上的不均匀的照射而引起的测量误差。由此能够实现:仅到流本身中的热传递被成像或者有效地被测量，到绕流的面中和/或到隔热层中的热传输现象不重要或是次要的。
[0036]在一些根据本发明的实施方式中，绕流的面是涡轮机转子叶片的表面。涡轮机转子叶片能够是涡轮机的低压涡轮机级和/或高压涡轮机级的转子叶片。涡轮机转子叶片还能够是涡轮机的高压压缩机级和/或低压压缩机级的转子叶片。
[0037]在一些根据本发明的实施方式中，绕流的面是涡轮机定子叶片的面。涡轮机定子叶片能够是涡轮机的低压涡轮机级和/或高压涡轮机级的定子叶片。涡轮机定子叶片还能够是涡轮机的高压压缩机级和/或低压压缩机级的定子叶片。
[0038]在特定的根据本发明的实施方式中，摄像系统是红外摄像系统或具有这种红外摄像系统。红外摄像系统能够称作为热成像摄像系统、热摄影摄像系统、热摄像系统或称作为热成像设备。
[0039]在一些根据本发明的实施方式中，红外摄像与检孔仪连接或具有这种检孔仪。检孔仪的其他同义的名称是:管道镜、内窥镜、工业用内窥镜(Technoskope)、自检镜或内检镜(Intraskope)。借助于检孔仪(例如红外检孔仪)或其他的光学仪器在应用在涡轮机中时在转子多次旋转期间测