申请/专利权人：艾肯(江苏)工业技术有限公司;大连理工大学

申请日：2022-03-23

公开（公告）日：2024-06-14

公开（公告）号：CN114910120B

主分类号：G01D21/02

分类号：G01D21/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.14#授权;2022.09.02#实质审查的生效;2022.08.16#公开

摘要：本发明公开了一种高速气流热力参数及流动参数测定的实现方法，属于仪表自动化技术领域。本方法分别构建了测定系统、数据采集系统、真实气体数据处理系统，对气流的总温、总压和静压等当地参数进行同步测量，进入真实气体数据处理系统，完成亚音速气流、跨音速气流、超音速气流等多种类型的高速气流，在接触测量过程中不可避免地产生脱体激波或斜激波其波后区气流考虑真实气体效应影响下流动参数及热力参数的实时、准确求解，能很好地解决真实气体及混合物在高速流动过程中难以准确测量静温、速度等参数的难题。本实现方法具有响应时间较短、精度高等优点，适用于真实气体及混合物在高速流动下热力及流动参数的测量场合。

主权项：1.一种高速气流热力参数及流动参数测定的实现方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1、构建测定系统1，对任意真实气体及混合物在多种流动工况下的高速气流的总温、总压、静压参数进行同步测量；S2、构建数据采集系统2，对步骤S1中获得的参数数据进行采集、存储和传输；S3、构建真实气体数据处理系统3，对真实气体在高速流动状态下其热力参数及流动参数进行求解，并即时输出结果；所述高速气流包括真实气体及混合物在流动过程中马赫数Ma＞0.3；所述测定系统1与所述数据采集系统2相连接；所述数据采集系统2与所述真实气体数据处理系统3相连接；所述测定系统1包括测量腔4、孔径可调机构6、进气格栅7、温度探头8、压力探针9；所述测量腔4头部设有进气孔5和孔径可调机构6，所述孔径可调机构6安装在所述进气孔5处，所述测量腔4尾部设有出气孔10，所述进气格栅7安装在所述测量腔4内部，所述温度探头8和压力探针9安装在所述测量腔4内部；所述进气孔5设置在与测量腔4轴线夹角15°至90°之间的位置；气流从所述进气孔5进入，通过所述进气格栅7后马赫数Ma＜0.3，所述温度探头8和压力探针9测量获得气流的总温和总压，从所述出气孔10流出；所述真实气体数据处理系统3包括真实气体气动函数模块和真实气体热力性质数据库调用模块，所述真实气体气动函数模块用于实现热力参数及流动参数的求解，所述真实气体热力性质数据库调用模块用于接入商业化的物性数据库程序接口，获取真实气体的热力学参数；设置真实气体及混合物的组分i的摩尔分数为yi，获取气流总温Tt，总压Pt，静压Ps，设置真实气体状态方程；利用所述真实气体热力性质数据库调用模块接入真实气体热力性质库程序接口，获取真实气体的临界温度Tc、临界压力Pc、偏心因子w；对任意真实气体及混合物在高速流动过程中在所述测量腔4前端产生脱体激波或斜激波的工况时：设置真实气体及混合物的组分i的摩尔分数为yi，获取气流总温Tt，总压Pt，静压Ps，激波前的参数以下标1表示，激波后的参数以下标2表示，利用压力探针9测量出激波后的总压Pt2、利用温度探头8测量出激波后的总温Tt2，利用静压传感器分别测量出激波前的静压Ps1和激波后的静压Ps2，根据公式获取：总静压比Pts、总静温比Tts、激波前后的静压比P21、激波前后的静温比T21； 其中，Ts2为激波后气流的静温，Ts1为激波前气流的静温，Ts为气流的静温，均利用热力学函数关系进行获取；根据由激波后气流的总焓ht2、激波后气流的总温Tt2、激波后气流的总压Pt2和摩尔分数yi确定的热力学函数关系ht2＝ht2Pt2，Tt2，yi计算激波后气流的总焓ht2；根据由激波后气流的熵s2、激波后气流的总温Tt2、激波后气流的总压Pt2和摩尔分数yi确定的热力学函数关系s2＝s2Pt2，Tt2，yi计算激波后气流的熵s2；根据由激波后气流的静温Ts2、激波后气流的静压Ps2、激波后气流的熵s2和摩尔分数yi确定的热力学函数关系Ts2＝Ts2Ps2，s2，yi计算激波后气流的静温Ts2；根据真实气体状态方程，以激波后气流的静温Ts2和激波后气流的静压Ps2为独立变量迭代求解激波后气流的压缩因子Z2、激波后气流的比容v2；以激波后气流的静温Ts2、激波后气流的比容v2为独立变量，求解激波后气流的定压比热容cp2和激波后气流的定容比热容cv2、以及激波后气流的p-v-T等熵关系中的等熵指数ki2；所述ki2包括激波后气流的p-v关系等熵指数kp-v2、激波后气流的p-T关系等熵指数kp-T2、激波后气流的T-v关系等熵指数kT-v2；根据由激波后气流的总静压比Pts2、激波后气流的马赫数Ma2、激波后气流的等熵指数kp-v2、摩尔分数yi确定的热力学函数关系Pts2＝Pts2Ma2，kp-v2，yi计算激波后气流的马赫数Ma2；根据由激波前后的静压比P21、激波前气流的马赫数Ma1、激波后气流的等熵指数kp-v2和摩尔分数yi确定的热力学函数关系P21＝P21Ma1，kp-v2，yi求解激波前气流的马赫数Ma1；根据由激波前后的静温比T21、激波前气流的马赫数Ma1、激波后气流的等熵指数kp-v2和摩尔分数yi确定的热力学函数关系T21＝T21Ma1，kp-v2，yi求解激波前后的静温比T21，根据激波后气流的静温Ts2进一步求取激波前气流的静温Ts1，计算激波前气流的当地音速c1、速度u1；以激波前气流的静压Ps1、激波前气流的静温Ts1、摩尔分数yi为独立变量，计算得出激波前气流的压缩因子Z1、激波前气流的比容v1、激波前气流的p-v-T等熵关系中的等熵指数ki1；所述ki1包括激波前气流的p-v关系等熵指数kp-v1、激波前气流的p-T关系等熵指数kp-T1、激波前气流的T-v关系等熵指数kT-v1；根据由激波前气流的总静压比Pts1、激波前气流的马赫数Ma1、激波前气流的等熵指数kp-v1、摩尔分数yi所确定的热力学函数关系Pts1＝Pts1Ma1,kp-v1,yi计算激波前气流的总静压比Pts1，根据激波前气流的静压Ps1进一步求取激波前气流的总压Pt1；根据由激波前气流的总静温比Tts1、激波前气流的马赫数Ma1、激波前气流的等熵指数kp-v1和kT-v1、摩尔分数yi确定的热力学关系Tts1＝Tts1Ma1,kp-v1,kT-v1,yi计算激波前气流的总静温比Tts1，根据激波前气流的静温Ts1进一步求取激波前气流的总温Tt1；根据由激波前气流的总焓ht1、激波前气流的总温Tt1、激波前气流的总压pt1和摩尔分数yi确定的热力学函数关系ht1＝ht1Tt1，pt1，yi求解激波前气流的总焓ht1；根据真实气体激波前后的总焓守恒，即满足ht1＝ht2，因此对ht1与ht2之间的误差加以判断：设置误差阈值，若误差超出误差阈值，对所述测定系统1中所述测量腔4的放置方位、所述孔径可调机构6开口大小进行校正，对所述数据采集系统2中涉及的各传感器的精度、示数进行校准，重新读取测量参数，重新求解；若误差低于误差阈值，利用真实气体数据处理系统3输出真实气体及混合物的各热力参数及流动参数；对任意真实气体及混合物在流动过程中马赫数Ma＞0.3但未形成激波的工况时：根据由总焓ht、总温Tt、总压Pt和摩尔分数yi确定的热力学函数关系ht＝htTt,Pt,yi计算气流的总焓ht；根据由熵s、总温Tt、总压Pt和摩尔分数yi确定的热力学函数关系s＝sTt,Pt,yi计算气流的熵s；根据由静温Ts、静压Ps和熵s所确定的热力学函数关系Ts＝TsPs,s计算气流的静温Ts；根据真实气体状态方程，以静温Ts和静压Ps为独立变量迭代求解真实气体的压缩因子Z、比容v，然后以静温Ts、比容v为独立变量，求解定压比热容cp和定容比热容cv，以及p-v-T等熵关系中的等熵指数ki；所述ki包括p-v关系等熵指数kp-v、p-T关系等熵指数kp-T、T-v关系等熵指数kT-v；根据由总静压比Pts、p-v关系等熵指数kp-v、气流的马赫数Ma和摩尔分数yi确定的热力学函数关系Pts＝Ptskp-v,Ma，yi计算气流的马赫数Ma，并计算气流的当地音速c和速度u；所述总静压比Pts根据以下公式获取： 利用真实气体数据处理系统3输出求解得到的真实气体及混合物的热力参数及流动参数。

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