專利名稱：穩(wěn)態(tài)熵探針的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子行業(yè)流體場測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于狹小通道大流 動角度復(fù)雜漩渦流場的微型穩(wěn)態(tài)熵探針。
背景技術(shù)：
當代葉輪機械在追求高壓比、小尺寸的前提下還要兼顧高效率，而內(nèi)部流動的好壞直接影響著效率。基于流場中的熵產(chǎn)的分布，在探討損失機理的同時可直觀分析葉輪機械各部件的流動損失對效率影響的權(quán)重，能夠為設(shè)計人員對葉輪機械的設(shè)計及優(yōu)化提供有效的信息。因此，對流場的熵產(chǎn)的測量顯得十分迫切。熵產(chǎn)無法直接進行測量，只能通過測量所得總壓值和總溫值間接獲取。目前熵產(chǎn)測量中的總壓與總溫測量中主要應(yīng)用高頻響動態(tài)壓力傳感器(高頻響動態(tài)探針)和溫度傳感器(高頻響熱膜)，其價格昂貴、尺寸較大，并且在計算熵產(chǎn)的時候主要利用總壓和總溫的算術(shù)平均值。圖I為現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用于葉輪機械中非穩(wěn)態(tài)熵探針的實物照片。如圖I所示，其采用壓力孔內(nèi)裝有高頻響動態(tài)探針測量總壓，氣流角度變化大對其測量效果有很大影響；頭部基片上貼有高頻響熱膜，熱膜兩端的不同溫度的饋電電流，通過如建立熱傳導及對流換熱方程即可計算出熱膜所測量總溫值，最后由總壓和總溫值通過公式一計算熵產(chǎn)，
TP^ = S ln^尺1n ln^ 公式一
t.reft’ref其中，Λ S為熵產(chǎn)，其單位為J/K;Cp為定壓比熱容，其單位為J/(kg. K) ;R為氣體常數(shù)，其單位為J/kg. K ；T為總溫,其單位為K, P為總壓,其單位為Pa, Ttjref為參考總溫,其單位為K，Ptjref為參考總壓,其單位為Pa。申請人:意識到目前基于高頻響動態(tài)探針及高頻響熱膜的非穩(wěn)態(tài)熵探針，通過鎖相平均(算術(shù)平均)雖然能夠提供熵產(chǎn)分布云圖，但造價非常昂貴，不利于其在熵測量領(lǐng)域普及應(yīng)用；并且針對葉輪機械內(nèi)部流動具有高馬赫數(shù)、流動方向和速度劇烈以及流動通道狹小等特征，考慮到傳感器的尺寸以及對氣流角度的敏感性，目前的非穩(wěn)態(tài)熵探針無法滿足測量要求。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題為解決上述的一個或多個問題，本發(fā)明提供了一種穩(wěn)態(tài)熵探針，以降低熵探針的成本，提高其對葉輪機械內(nèi)部環(huán)境的適應(yīng)能力。( 二 )技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種穩(wěn)態(tài)熵探針。該穩(wěn)態(tài)熵探針包括基爾管，在基爾管的中部設(shè)置開孔；皮托管和外側(cè)包有套管的熱電偶從開孔伸入基爾管內(nèi)部；皮托管伸入基爾管內(nèi)部的與基爾管軸向平行的端部朝向基爾管內(nèi)的進流方向。 優(yōu)選地，本發(fā)明穩(wěn)態(tài)熵探針中，熱電偶位于皮托管相對于來流方向的后側(cè)，其伸入基爾管的長度大于皮托管伸入基爾管的長度。優(yōu)選地，本發(fā)明穩(wěn)態(tài)熵探針中，熱電偶套管的頭部具有銳角切口作為滯止罩，滯止罩朝向基爾管內(nèi)的來流方向；在滯止罩的中部設(shè)置放氣孔，熱電偶的熱端懸空于滯止罩內(nèi)。優(yōu)選地，銳角切口的角度為45°。優(yōu)選地，本發(fā)明穩(wěn)態(tài)熵探針中，基爾管位于進流方向的開口四周的管壁自外向內(nèi)呈銳角斜切口。優(yōu)選地，銳角斜切口的角度為30°。優(yōu)選地，本發(fā)明穩(wěn)態(tài)熵探針中，基爾管、皮托管及熱電偶套管通過錫焊或激光焊密封固定。優(yōu)選地，本發(fā)明穩(wěn)態(tài)熵探針中，皮托管的外徑為O. 5mm ;熱電偶套管的外徑為
O.8mm;基爾管的內(nèi)徑為I. 5mm,外徑為I. 8mm,長度為5mm。優(yōu)選地，本發(fā)明穩(wěn)態(tài)熵探針中，基爾管中部設(shè)置兩個開孔；皮托管和外側(cè)包有套管的熱電偶分別從其對應(yīng)的開孔伸入基爾管內(nèi)部。(三)有益效果在滿足測量要求的前提下采用穩(wěn)態(tài)熵探針，雖不能提供熵產(chǎn)分布云圖，但給出相應(yīng)地熵產(chǎn)分布曲線對于流場中損失機理研究還是具有一定的實際意義。具體來講，本發(fā)明穩(wěn)態(tài)熵探針具有下列有益效果①由于采用熱電偶、皮托管等常規(guī)的穩(wěn)態(tài)測量元件，因此本發(fā)明降低了熵探針的成本。②本發(fā)明熵探針尺寸小、對氣流角度不敏感，解決了葉輪機械通道狹小、流動復(fù)雜的毫米和厘米級的流場中熵產(chǎn)的測量問題，可在航空發(fā)動機、燃氣輪機、中央空調(diào)離心壓縮機、二氧化碳壓縮機等產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮作用。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用于葉輪機械中非穩(wěn)態(tài)熵探針的實物照片；圖2為本發(fā)明實施例穩(wěn)態(tài)熵探針的實物照片；圖3a為本發(fā)明實施例穩(wěn)態(tài)熵探針剖面構(gòu)造圖；圖3b為圖2a穩(wěn)態(tài)熵探針沿W方向的剖視圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。需要說明的是，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于所述值。圖2為本發(fā)明實施例穩(wěn)態(tài)熵探針的實物照片。從該圖可以看出該穩(wěn)態(tài)熵探針大概的結(jié)構(gòu)與各部件的比例關(guān)系。圖3a為本發(fā)明實施例穩(wěn)態(tài)熵探針剖面構(gòu)造圖；圖3b為圖3a穩(wěn)態(tài)熵探針沿W方向的剖視圖。如圖3a及圖3b所示，穩(wěn)態(tài)熵探針包括基爾管l(Kiel管)，在基爾管的中部依次設(shè)置兩個開孔，皮托管2和外側(cè)包有套管3的熱電偶分別從其對應(yīng)的開孔伸入基爾管內(nèi)部，皮托管、熱電偶套管與基爾管密封固定；皮托管伸入基爾管內(nèi)部的與基爾管軸向平行的端部朝向基爾管內(nèi)的進流方向。如圖3a及圖3b所示，D2、D1分別是基爾管的內(nèi)、外徑，LI為基爾管的長度，為適應(yīng)葉輪機械通道的應(yīng)用環(huán)境，優(yōu)選地，Dl = I. 8mm, D2 = I. 5mm, LI = 6mm。對于上述開孔,其位置位于在基爾管壁距進口軸向3. 65mm、4mm處,兩個開孔的尺寸分別為Φ0. 5mm和Φ0. 8mm。為了利于測量，熱電偶位于皮托管相對于來流方向的后側(cè)，其伸入基爾管的長度大于皮托管伸入基爾管的長度。為了保證管內(nèi)總壓在來流氣流角為±45°以內(nèi)不受影響，基爾管I位于進流方向的開口四周的管壁自外向內(nèi)呈銳角斜切口。優(yōu)選地，銳角斜切口的角度為30°。如圖3a及圖3b所示，皮托管的內(nèi)、外徑分別為D4、D3，優(yōu)選地，D4 = O. 2mm, D3 =
O.5_。皮托管進口與基爾管進口的距離為L2，皮托管沿氣流方向長度為L3，優(yōu)選地，L2 =
2.4mm, L3 = I. 4_。皮托管的后端連接穩(wěn)態(tài)壓力測量的其他元件，如普通壓力變送器(未在圖3b中示出)。熱電偶外的套管選用內(nèi)徑為O. 5mm,外徑D5為O. 8mm的空心管,優(yōu)選地,空心管頭部具有銳角切口作為滯止罩5，滯止罩5朝向基爾管內(nèi)的來流方向，優(yōu)選地，銳角切口的角度為45°。切口軸向長度L4為O. 5mm，在軸向長度為L5 = O. 25mm處中心位置開Φ0. 2mm的放氣孔6，由于切口進口面積遠大于放氣孔，氣流在切口內(nèi)速度非常低，熱電偶熱端4 (將熱端單獨拉出O. 25mm懸空)在此處測量溫度可近似認為總溫，因此該切口即為所稱滯止罩。表I為本發(fā)明實施例穩(wěn)態(tài)探針各部件的具體尺寸。表一穩(wěn)態(tài)探針各部件的具體尺寸
權(quán)利要求
1.一種穩(wěn)態(tài)熵探針，其特征在于，包括基爾管，在所述基爾管的中部設(shè)置開孔；皮托管和外側(cè)包有套管的熱電偶從所述開孔伸入所述基爾管內(nèi)部；所述皮托管、所述熱電偶套管與所述基爾管密封固定；所述皮托管伸入所述基爾管內(nèi)部的與所述基爾管軸向平行的端部朝向基爾管內(nèi)的進流方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的穩(wěn)態(tài)熵探針，其特征在于所述熱電偶位于所述皮托管相對于所述來流方向的后側(cè)，其伸入所述基爾管的長度大于所述皮托管伸入所述基爾管的長度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的穩(wěn)態(tài)熵探針，其特征在于所述熱電偶套管的頭部具有銳角切口作為滯止罩，所述滯止罩朝向基爾管內(nèi)的來流方向；在所述滯止罩的中部設(shè)置放氣孔，所述熱電偶的熱端懸空于所述滯止罩內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的穩(wěn)態(tài)熵探針，其特征在于所述銳角切口的角度為45°。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的穩(wěn)態(tài)熵探針，其特征在于所述基爾管位于所述進流方向的開口四周的管壁自外向內(nèi)呈銳角斜切口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的穩(wěn)態(tài)熵探針，其特征在于所述銳角斜切口的角度為30°。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項所述的穩(wěn)態(tài)熵探針，其特征在于所述基爾管、皮托管及熱電偶套管通過錫焊或激光焊密封固定。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項所述的穩(wěn)態(tài)熵探針，其特征在于所述皮托管的外徑為O. 5mm ；所述熱電偶套管的外徑為O. 8mm ；所述基爾管的內(nèi)徑為I. 5mm,外徑為I. 8mm,長度為5mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項所述的穩(wěn)態(tài)熵探針，其特征在于所述基爾管中部設(shè)置兩個開孔；所述皮托管和外側(cè)包有套管的熱電偶分別從其對應(yīng)的開孔伸入所述基爾管內(nèi)部。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種穩(wěn)態(tài)熵探針。該穩(wěn)態(tài)熵探針包括基爾管，在基爾管的中部設(shè)置開孔；皮托管和外側(cè)包有套管的熱電偶從開孔伸入基爾管內(nèi)部；皮托管伸入基爾管內(nèi)部的與基爾管軸向平行的端部朝向基爾管內(nèi)的進流方向。由于采用熱電偶、皮托管等常規(guī)的穩(wěn)態(tài)測量元件，因此本發(fā)明降低了熵探針的成本。
文檔編號G01D21/00GK102937458SQ20111023252
公開日2013年2月20日 申請日期2011年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月15日
發(fā)明者王永生, 林峰, 聶超群 申請人:中國科學院工程熱物理研究所