مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تجربی عوامل تاثیرگذار بر حساسیت جهت در جریان‌سنج سیم‌داغ

نویسندگان
سعید فرساد
محمد علی اردکانی
فواد فرحانی
سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران، تهران، ایران
چکیده
در اندازه‌گیری جریان دوبعدی توسط جریان‌سنج سیم‌داغ، حساسیت سنسور به تغییر جهت جریان (حساسیت جهت یا پاسخ زاویه-ای) از اهمیت زیادی برخوردار است. پاسخ زاویه‌ای سنسور، رابطه بین بردار سرعت جریان و انتقال حرارت از سنسور است که توسط تابع حساسیت تعیین می‌شود. در این مقاله با هدف بررسی دو تابع حساسیت شناخته شده (قانون کسینوسی و رابطه هینز) با استفاده از آزمایش‌های تونل باد، تاثیر عوامل مختلفی از جمله شرایط جریان (سرعت و جهت)، شرایط هندسی پراب (نسبت هندسی طول به قطر سنسور، l/d) و شرایط عملکردی پراب (دمای سنسور) بر محدوده قابلیت استفاده از قانون کسینوسی و مقدار ضریب حساسیت k بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد، بازه زاویه‌ای استفاده از قانون کسینوسی به شرایط جریان و شرایط هندسی پراب وابسته است. در صورتی که خطای اندازه‌گیری توسط قانون کسینوسی تا 1% قابل قبول باشد، محدوده زاویه‌ای قابلیت کاربرد این قانون برای اندازه‌گیری جریان با سرعت‌هایی بیش از 10 m/s، به حدود ±30° میرسد. در نسبت‌های هندسی بالاتر از 600، اندازه‌گیری توسط قانون کسینوسی از دقت خوبی برخوردار است. همچنین ضریب k، کاملا به شرایط جریان و شرایط هندسی پراب وابسته است، به نحوی که مقدار آن با افزایش زاویه و سرعت جریان و همینطور نسبت هندسی l/d، کاهش می‌یابد. نتایج این تحقیق در انتخاب و طراحی مناسب پراب برای افزایش دقت و بازه اندازه‌گیری دوبعدی جریان توسط جریان سنج سیم داغ قابل استفاده می باشد.
کلیدواژه‌ها
جریان‌سنج سیم‌داغ
نسبت هندسی پراب
حساسیت جهت
ضریب حساسیت
قانون کسینوسی

موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental Investigation on Parameters Affecting the Directional Sensitivity of Hot Wire Anemometer

نویسندگان English

Saeed Farsad
Mohammed Ali Ardekani
Foad Farhani
Department of Mechanical Engineering, Iranian Research Organization for Science and Technology (IROST), Tehran, Iran
چکیده English

measurement accuracy. The angular response of the sensor describes the relationship between flow velocity vector and heat transfer from the sensor, which is determined by a sensitivity function. In this paper, two sensitivity functions, namely cosine law and Hinze equation, have been studied using wind tunnel experiments to evaluate the effect of various parameters such as flow conditions (velocity and direction), probe aspect ratio (l/d) and probe operational condition (sensor temperature) on the range of applicability of cosine law and magnitude of the sensitivity coefficient, k. Results show that the angular range of applicability of cosine law depends on flow and probe conditions. At 1% measurement error, the range of applicability of cosine law for flow measurements of velocities exceeding 10 m/s was found to be in the range of ±30º. Moreover, at geometrical ratios higher than 600, two-dimensional flow measurements using the cosine law presents results with acceptable accuracy. In addition, the sensitivity coefficient is completely dependent on flow condition and probe aspect ratio, and its value decreases with increase in flow angle and velocity and reduction in probe aspect ratio. The results of this research can be used in the selection and proper design of probes for two-dimensional flow measurements using hot wire anemometers.

کلیدواژه‌ها English

Cosine law
Directional sensitivity
Hot wire anemometer
Probe aspect ratio
Sensitivity coefficient
[1] M. A. Ardekani, Hot-Wire Anemometry, pp. 104-121, Tehran, Khajeh Nasir Toosi University, 2007. (in Persian فارسی )
[2] C. G. Lomas, Fundamental of Hot Wire Anemometry, pp. 22-38, Cambridge, Cambrige Universitu Press, 2011.
[3] A. Dijik, F. T. M. Nieuwstadt, The calibration of (multi-) hot-wire probs. 2. Velocity- calibration, Experiment in Fluids, Vol. 36, No. 3, pp. 550-564, 2004. [4] L. Prandtl, On Boundary Layers in three-Dimensional Flow, Rep. and Transactions No. 64, Volkenrode, British Ministry of Aircraft Production, 1946.
[5] J. O. Hinze, Turbulence: An Introduction to Its Mechanism and Theory, pp. 234-246, New York: Mcgraw-Hill, 1959.
[6] G. B. Schubauer, P. S. Klebanoff, Contributions on the Mechanics of Boundary-Layer Transition, NACA Technical Report, No. 1289, 1956.
[7] S. Corrsin, Turbulence: Experimental Methods Encyclopedia of Physics, pp. 524-590, Berlin, Springer Berlin Heidelberg, 1963.
[8] F. H. Champagne, C. A. Sleicher, O. H. Wehrmann, Turbulence measurements with inclined hot-wires Part 1. heat transfer experiments with Inclined hot-wire, Journal of Fluid Mechanics, Vol. 28, No. 1, pp. 153-75, 1967.
[9] M. Samet, S. Einav, Directional sensitivity of unplated normal-wire probes, Review of Scientific Instruments, Vol. 56, No. 12, pp. 2299-2305, 1985.
[10] Y. T. Chew, S. M. Ha, The directional Sensore sensivities of crossed and triple hot-wire probes, Journal of Physics E: Scientific Instruments, Vol. 21, No. 6, pp. 613-620, 1988.
[11] H. H. Bruun, C Tropea, The calibration of inclined hot-wire probes, Journal of Physics E: Scientific Instruments, Vol. 18, pp. 405-13, 1985.
[12] A. A. Abdel-Rahman, On the yaw angle characteristics of hot-wire anemometers, Flow Measurement and Instrumentation, Vol. 6, No. 4, pp. 271-78, 1995.
[13] J. P. Moro, P. Vukoslaveevic, V. Blet, A method to calibrate a hot-wire X-probe for applications in low-speed, variable temperature flow, Measurement Science and Technology, Vol. 14, No. 3, pp. 1054-1062, 2003.
[14] O. M. Bakken, P. Krogstad, A velosity dependent effective angle method for calibration of X-probes at low velocities, Experiment in Fluids, Vol. 32, pp. 146-152, 2004.
[15] K. M. Argüelles Díazz, Jesús Manuel Fernández Oro, Mónica Galdo Vega, E. Blanco Marigorta, Effects of prong-wire interferences in dual hot-wire probes on the measurements of unsteady flows and turbulence in low-speed axial fans, Measurement: Journal of the International Measurement Confederation, Vol. 91, No. 1, pp. 1-11, 2016.
[16] L. di Mare, T. O. Jelly, I. J. Day, Angular response of hot wire probes, Measurement Science and Technology, Vol. 28, No. 3, pp. 1-12, 2017.
[17] M. A. Ardekani, F. Farhani, Experimental study on response of hot wire and cylindrical hot film anemometers operating under varying fluid temperatures’, Flow Measurement and Instrumentation, Vol. 20, No. 4-5, pp. 174-79, 2009.
[18] S. M. Henbest, M. B. Jones, J. H. Watmuff, A technique for rapid calibration of crossed-hot-wires, 20th Australasian Fluid Mechanics Conference, Perth, Australia, 2016
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 18، شماره 4
مرداد 1397
صفحه 110-116