圆柱覆膜热线风速仪气动加热数值研究

夏子龙，王锁芳

(1.南京航空航天大学 能源与动力学院， 南京 210016；2.航空发动机热环境与热结构工业和信息化部重点实验室， 南京 210016)

现实世界中湍流无处不在，而流速是描述湍流特征的最基本物理量。流速的测量仪器很多，例如皮托管测速仪、激光多普勒测速仪、粒子图像测速仪等[1-3]，但这些仪器都存在各种缺陷：皮托管测速仪属于单点测量，频响低，对流场影响较大；激光多普勒测速仪受限于粒子和流体的跟随性(粒子图像测速仪受到光源和拍摄平面的限制，无法开展真正的三维流场测量)。热线风速仪通过放置于流场中的具有加热电流的金属丝来测量流速。基于热量平衡原理，加热电流在热线产生的热量与热线耗散的热量相等。在恒温热线风速仪中，当流场速度变化时，耗散热量发生改变。为保证热线风速仪温度不变，加热电流会相应改变，从而建立热线加热电流与流场速度的关系。热膜风速仪除了具有较高的频响之外，还可以直接测量流体速度，可实现连续测量，耐高温、高速，价格适中，在高超声速流场测量中更具优势[4]。

国外从20世纪初开始研究热线风速仪在流场测量中的应用。King[5]提出著名的King公式之后，国外学者便展开了一系列的实验性研究，使热线风速仪在低速和跨声速流场中得到了广泛的应用[6-10]。但在热线风速仪理论研究中，热量平衡公式忽略了导热的影响，给整个测量系统带来了较大的误差，尤其是在高超声速流场测量中，气动加热作用会使这部分热量变得不可忽略。……