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高超声速对流环境下冷点效应对圆箔式热流传感器测热特性的影响研究

李宇 朱广生 聂春生 檀妹静 陈伟华 曹占伟

李宇, 朱广生, 聂春生, 等. 高超声速对流环境下冷点效应对圆箔式热流传感器测热特性的影响研究[J]. 实验流体力学, 2019, 33(4): 39-44. doi: 10.11729/syltlx20180110
引用本文: 李宇, 朱广生, 聂春生, 等. 高超声速对流环境下冷点效应对圆箔式热流传感器测热特性的影响研究[J]. 实验流体力学, 2019, 33(4): 39-44. doi: 10.11729/syltlx20180110
Li Yu, Zhu Guangsheng, Nie Chunsheng, et al. Study on the influence of cold spot effect on the thermal measurement characteristics of circular foil heat flow sensor in hypersonic convection environment[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2019, 33(4): 39-44. doi: 10.11729/syltlx20180110
Citation: Li Yu, Zhu Guangsheng, Nie Chunsheng, et al. Study on the influence of cold spot effect on the thermal measurement characteristics of circular foil heat flow sensor in hypersonic convection environment[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2019, 33(4): 39-44. doi: 10.11729/syltlx20180110

高超声速对流环境下冷点效应对圆箔式热流传感器测热特性的影响研究

doi: 10.11729/syltlx20180110
详细信息
    作者简介:

    李宇(1984-), 男, 山东郓城人, 博士, 高级工程师。研究方向:高超声速飞行器气动热环境。通信地址:北京9200信箱89分箱5号(100076)。E-mail:35990474@qq.com

    通讯作者:

    朱广生, E-mail: zgs_0128@163.com

  • 中图分类号: V231.2

Study on the influence of cold spot effect on the thermal measurement characteristics of circular foil heat flow sensor in hypersonic convection environment

  • 摘要: 在高超声速对流环境测量气动加热时,圆箔式热流传感器表面温度往往低于被测物体表面温度,这种表面温度的不连续会影响边界层流动,使热流测量结果产生偏差。针对高超声速对流条件下的钝头-平板模型,采用数值模拟方法研究了传感器表面局部低温引起的"冷点效应"形成机理以及对表面热流的影响。结果表明:被测物体表面壁焓Hw与恢复焓Hre的比值Hw/Hre越高,"冷点效应"越明显;传感器表面温度Tw2与被测物体表面温度Tw1的比值Tw2/Tw1越小,"冷点效应"越明显;来流雷诺数Re对"冷点效应"影响较小。在马赫数Ma=18的来流条件下,研究分析了冷点效应对传感器测量结果的影响,结果表明:冷点效应使测量结果偏高1.25倍,复现了热流预示结果与试验结果的差异。
  • 图  1  钝头-平板计算模型

    Figure  1.  Blunt plate calculation model

    图  2  表面温度条件

    Figure  2.  Surface temperature conditions

    图  3  表面热流

    Figure  3.  Heat flux on the surface

    图  4  传感器及附近被测物体表面热流

    Figure  4.  Heat flux on the surface of sensor and in the vicinity of the measured object

    图  5  流场温度云图

    Figure  5.  Flow field temperature contour

    图  6  典型截面的法向温度和速度

    Figure  6.  Normal temperature profile and normal speed profile of each section

    图  7  不同Hw1/Hre的表面无量纲热流计算结果对比

    Figure  7.  Comparison of non-dimensional heat flux calculation results for different values of Hw1/Hre

    图  8  不同Tw2/Tw1的表面无量纲热流计算结果对比

    Figure  8.  Comparison of non-dimensional heat flux calculation results for different values of Tw2/Tw1

    图  9  不同来流雷诺数下的表面无量纲热流计算结果对比

    Figure  9.  Comparison of non-dimensional heat flux calculation results for different Re of inflow

    图  10  圆箔式热流传感器结构图

    Figure  10.  Schematic of circular foil heat flux sensor

    图  11  计算模型局部表面网格

    Figure  11.  Local surface grid of model

    图  12  传感器测量数据与计算结果对比

    Figure  12.  Comparison of sensor measurement data and calculation results

    图  13  被测物体与传感器的表面温度分布

    Figure  13.  Surface temperature distribution of measured object and sensor

    图  14  被测物体与传感器的表面热流分布

    Figure  14.  Heat flux distribution of measured object and sensor

    图  15  圆箔式热流传感器有限元分析模型

    Figure  15.  Finite element analysis model of circular foil heat flux sensor

    图  16  热流传感器响应温度和温差

    Figure  16.  Heat flux sensor response temperature and temperature difference

    图  17  热流传感器响应热流

    Figure  17.  Heat flux sensor response of heat flux

    表  1  计算状态参数

    Table  1.   State parameters of calculation

    状态 Tw1/K Tw2/K Tw3/K 备注
    Case 1 300 300 300 均匀
    Case 2 1300 1300 1300 均匀
    Case 3 1300 300 1300 间断
    Case 4 1300 300 1300 渐变
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-07-26
  • 修回日期:  2019-04-16
  • 刊出日期:  2019-08-25

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    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日