热线风速仪器_
术方面，目前取得研究进展的方面还包括对液态金属流，两相 流及非牛顿流体的测测量。
目前通常CTA（Constant Temperature Anemometry）测量的速度大 于1米/秒，自然对流可忽略。如果只考虑强迫对流，上面的（1）式 可以写成：
由此可见，当L/d很大，d很小时，d2更小。如果线温度沿X方向的变化很小 ，那么第二项热传导可忽略。这样换热主要决定于强迫对流，一般热线 是基于这个条件工作的。
1909年Kennelny和Riabouchinsky等人先后提出了电子风速 仪的概念，经过一些研究者的完善，到了1914年King提出了无 限长圆柱体与流体之间热对流理论，为热线风速仪提供了理论 基础。 型和使用技术上也做了大量探讨，发展了二线探针，三线探针 ，以及玻璃涂层保护技术，修正温度漂移的辅助线方法等。在 工作原理上，明白准确地提出了CCA和CTA两种工作方法，并发展了 两种工作方法的测量仪器。
热膜探头由热膜、衬底，绝缘层和导 线几部分构成。热膜是由铂喷溅在衬 底上面而形成的，厚度为1000~10， 000Å。衬底通常为石英或硼硅玻璃的 锥形头圆柱体，具有不容易聚集灰尘 的长处。 大多数都用在液体速度测量，测量原理与 热线相同。
从热线探头的构造能够准确的看出，作为流场速度的敏感元件是金属丝。金 属丝的材料和尺寸的选择取决于探头的灵敏度，空间分辨率和机械强 度。为了更好的提高金属丝的灵敏度，材料要电阻温度系数高的金属；为了 承受冲击负荷（气流动力负荷，气体中固体微粒的冲击负荷，探头叉 杆振动等），则要选取机械强度高的金属。金属丝的长度取决于两个 矛盾的要求：最大可能的长度直径比（L/d）和最好的空间分辨率。从 减少终断的热损失来看，长度直径比越大越好；但在一定线径条件下 ，L/d越大，空间分辨率就越低，因而只能在两者兼顾的情况下选择L 和d。对于2.5~5m粗的金属丝，长度直径比为100~200之间，空间分 辨率为0.5~1mm。 种材料的探头。铂的沿展性好，铂丝镀银可以拉制成半个微米的细线 （Wollaston过程）。这种丝材焊接方便，焊接好后用酸溶液洗除工 作段的银层。铂丝耐高温，不易氧化，因此得以广泛应用。钨的机械 相对高，能承受较高冲击负荷，在超音速流中它是唯一合适的材料 。但是，钨容易氧化，耐温低，焊接困难并且也不能够做到象铂丝那么 细。用酸腐蚀能够达到3.8m。为了兼顾强度和耐温的要求，目前常 用镀铂钨丝。
（Iw＝常数），那么热线的温度（电阻）和流速之 间建立了确定的函数关系V=f1(Rw)利用该关系测量流 体速度的方法，称之为恒流法。用该原理构成的热线 称之为恒流式热线风速仪。
）保持恒定（Rw＝常数），热线电流与气体流速之 间确定了函数关系为V＝f2(Iw)，利用该关系测量流速 的方法称之为恒温法。用该原理形成的热线风速仪叫 恒温式热线风速仪。
热丝焊接在叉杆上，迎着来流U. 给热丝通上电流，加热热丝（电阻） (I2Rw). 当达到热平衡时候， 与周围介质交换的热量（主要是对流换热）与该加热量相等。
速度变化时，对流 换热系数变化，热 丝的温度（电阻） 变化，电桥有电压 输出，直到重新达 到平衡。
• 流动速度V • 金属丝与气体之间的温度差（Tw－Tf） • 气体的物理性质 •金属丝的几何尺寸与物理性质
，随着气流速度的增加，圆柱体被带走 的热量也增加，温度下降。显然，这一 物理过程中，流速与圆柱体温度之间有 一定的依赖关系。那么，我们能否根据 这一关系，把一根加热丝置于流场中， 来测量流体的流动参数呢？
热线探头是直径很小的金属丝，两端焊接在两根不锈钢 叉架的叉尖上。叉杆的另外一端焊出引线，再加上保护 罩并将保护罩与叉杆之间装入绝缘材料，这就构成了探 头。图1中给出了常见的探头。
对流是自然对流和强迫对流两过程复合作用 结果。决定哪种对流占据主要状态的因素是 速度的大小
当 Re 2 Gr （葛拉晓夫数）自然对流就不能忽略，这个条件对气体 而言，流速在0.5m/s~1m/s之间。
1，热线测量的是点速度的 模拟信号，随时都有速度的 信息. 2，LDA信号是随机的， 3，PIV提供的是某时刻流场 中亮颗粒的速度
• 19世纪初有人利用这个原理制作了热线风速仪。 • 所谓热线风速仪，就是置于流场中的一根长度为的极细金属丝
速仪研究的课题。由于低速时，热线的自然 对流换热，热导损失增强，热线换热不再仅 仅是强迫对流换热。
，频率响应宽，灵敏度较高，对流场干扰小的 特点；和激光测速仪（LDV）比较，热线信 号连续，不用流场中加入示踪粒子，不受流 场透明性的限制，而且成本较低等优点。
论，并发展了热滞后的电子补偿原理及其相应的电子线路。这 为以后一段时间内恒流风速仪的应用打下了坚实的基础。
右。此外，恒流风速仪具有灵活调节过热比的特点，因而使它 的温度测量和可压速流动速度测量方面比恒温风速仪具有发展 前途。
风速仪的热线热惯性大，因此在脉动速度的测量上受到限制。 而恒温热线风速仪热线惯性小，具有快速响应的特点，更重要 的是五十年代后的电子技术的加快速度进行发展，对热线的热滞后进行 了及时的补偿，频率相应达到1兆赫兹以上，该频率使得流体中 出现的各种频率量的测量提供了可能。
f 是温度为Tf时的金属丝电阻温度系数，Rf是温度为Tf时的金属丝电阻值。
，其上通以电流加热；当流速变化时，金属丝的温度也相应变 化，这种变化导致热丝阻值的变化，由此产生电信号；由于电 信号与流速之间建立一一对应的关系，因此，测量出电信号就 知道了流场的流速。
热的热量等于气流带走的热量。在热平衡过程中，涉及到流速 ，加热电流，热丝温度（电阻）等参数，该过程可以用传热学 的准则方程描述为：
• 静态方程解决了定常状态下的平均速度测量 • 脉动速度的测量一定要解决热线的非定常换热规律和动
量的速率往往跟不上流体介质速度的变化率。也就是 说金属丝的热产生并不等于热耗散，金属丝与周围介 质热交换处于不平衡状态。当流体速度由小变大的时 候，热线将储藏部分能量。这个现象通常叫热滞后， 反映在热线的输出信号上将引起振幅的衰减和相位滞 后。
，单位时间内热线中能量的变化应该等于单位时间内热线 生的热能 I w Rw减去单位时间内热线被流体带走的热量，