[发明专利]全流向流速测量探针及其测量方法

说明书

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（1）、导压套管（2）和8根导压管（3）组成，其中球形头部（1）均匀分布8个取压孔（4），上述取压孔（4）位于球形头部（1）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（1）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、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P_Ⅰ、P_Ⅱ、P_Ⅲ、P_Ⅳ、P_Ⅴ、P_Ⅵ；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K_α、侧滑角β角的角度系数K_β，以及各有关的动压系数K_q、总压系数K_o和静压系数K_s，所涉及的公式如下：

  其中q为动压，Pm为四个取压孔压力最大值；

  其中Po为总压，Pm为四个取压孔压力最大值；

   其中Ps为静压，Pm为四个取压孔压力最大值；

   其中ρ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：K_α-α曲线、K_β-β曲线、K_q-α曲线、K_o-α曲线和K_s-α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。

本发明与现有流速测量技术相比，具有以下优点：与激光多普勒和粒子图像测速相比，其不需要较高的试验条件，结构简单，成本低廉；与五孔和七孔探针相比，流动测量范围扩大，常用测量可实现180度轴向角测量，且公式算法简单精确。

附图说明

图1 全流向流速测量探针剖视图；

图2全流向流速测量探针前视图；

图3全流向流速测量探针后视图；