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压力敏感涂料PSP宽域(1~600 kPa)静态标定方法研究

祝勇 董哲 彭迪 刘应征

祝勇, 董哲, 彭迪, 等. 压力敏感涂料PSP宽域(1~600 kPa)静态标定方法研究[J]. 实验流体力学, 2021, 35(3): 69-76. doi: 10.11729/syltlx20200138
引用本文: 祝勇, 董哲, 彭迪, 等. 压力敏感涂料PSP宽域(1~600 kPa)静态标定方法研究[J]. 实验流体力学, 2021, 35(3): 69-76. doi: 10.11729/syltlx20200138
ZHU Yong, DONG Zhe, PENG Di, et al. A study of a wide range (1-600 kPa) static calibration method for pressure sensitive paints[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2021, 35(3): 69-76. doi: 10.11729/syltlx20200138
Citation: ZHU Yong, DONG Zhe, PENG Di, et al. A study of a wide range (1-600 kPa) static calibration method for pressure sensitive paints[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2021, 35(3): 69-76. doi: 10.11729/syltlx20200138

压力敏感涂料PSP宽域(1~600 kPa)静态标定方法研究

doi: 10.11729/syltlx20200138
基金项目: 

国家自然科学基金项目"流体力学压力与温度场光学测量原理及方法" 12022202

详细信息
    作者简介:

    祝勇(1996-), 男, 湖北鄂州人, 硕士研究生。研究方向: 压敏涂料的标定方法, 特征图案设计及三维重建。通信地址: 上海市浦东新区上海交通大学中英国际低碳学院(201306)。E-mail: zhuzh2018@sjtu.edu.cn

    通讯作者:

    彭迪, E-mail: idgnep8651@sjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TK312

A study of a wide range (1-600 kPa) static calibration method for pressure sensitive paints

  • 摘要: 压力敏感涂料PSP是一种先进的光学测试技术。涂料的标定误差是该技术的主要误差来源之一。压敏漆的测量范围正逐步从常规压力区间向超低压和超高压拓展,因此需要开发压力调节范围大、精度高的标定系统。本文将现有的变压力法和变浓度法相结合,提出了一种新型的PSP宽域压力标定方法及系统。通过理论计算的方式,分析了该系统与ISSI公司的商用PSP标定系统的性能差异。结果表明:PSP宽域压力标定系统在低压区(1~20 kPa)标定误差能够控制在0.5 kPa范围内,性能优于ISSI标定系统;中压区(20~200 kPa)与ISSI标定系统性能趋同,误差在4%以内,且随着压力增大,误差降低;高压区(200~600 kPa)可以弥补ISSI无法标定400 kPa以上范围的不足,能实现超高压环境中的PSP标定。本文还对最常用的两种快响应PSP进行了标定实验,结果表明:本文提出的系统标定精度高,能实现PSP宽域标定。
  • 图  1  PSP测量原理示意图

    Figure  1.  PSP measurement principle diagram

    图  2  PSP标定系统组成

    Figure  2.  PSP calibration system composition

    图  3  压力控制盒连接原理图

    Figure  3.  Schematic figure of pressure control box connection

    图  4  PSP数据处理过程

    Figure  4.  PSP data processing

    图  5  低压段等效压力曲线

    Figure  5.  Equivalent pressure curve of the low-pressure area

    图  6  低压段压力误差曲线

    Figure  6.  Pressure error curve of low-pressure area

    图  7  中压段等效压力曲线

    Figure  7.  Equivalent pressure curve of the middle-pressure area

    图  8  中压段压力误差曲线

    Figure  8.  Pressure error curve of middle-pressure area

    图  9  高压段等效压力曲线

    Figure  9.  Equivalent pressure curve of high-pressure area

    图  10  高压段压力误差曲线

    Figure  10.  Pressure error curve of high-pressure area

    图  11  标定压力精度提高方案研究

    Figure  11.  Research on improving the accuracy of calibration pressure

    图  12  PC PSP低压区的标定测量结果

    Figure  12.  PC PSP calibration measurement results in low-pressure area

    图  13  MP PSP低压区的标定测量结果

    Figure  13.  MP PSP calibration measurement results in low-pressure area

    图  14  PC PSP中压区的标定测量结果

    Figure  14.  PC PSP calibration measurement results in middle-pressure area

    图  15  MP PSP中压区的标定测量结果

    Figure  15.  MP PSP calibration measurement results in middle-pressure area

    图  16  PC PSP高压区的标定测量结果

    Figure  16.  PC PSP calibration measurement results in high-pressure area

    图  17  MP PSP高压区的标定测量结果

    Figure  17.  MP PSP calibration measurement results in high-pressure area

    表  1  压力等效换算表

    Table  1.   Pressure equivalent conversion table

    压力区 压力范围 氧分压范围 氧气浓度 标定腔内总压 氧气浓度误差
    低压段 1~20 kPa 0.2~4.0 kPa 保持2% 10~200 kPa 小于读数的1%
    中压段 20~200 kPa 4.0~40.0 kPa 保持21% 20~200 kPa -
    高压段 200~600 kPa 40.0~120.0 kPa 保持70% 57~171 kPa 小于读数的1%
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  • [1] 郑立新, 郝重阳, 周强, 等. 光学压力敏感涂料测量技术综述[J]. 海军航空工程学院学报, 2010, 25(3): 349-352. doi: 10.3969/j.issn.1673-1522.2010.03.028

    ZHENG L X, HAO C Y, ZHOU Q, et al. Summary of the optical pressure sensitive paint measurement technique[J]. Journal of Naval Aeronautical and Astronautical University, 2010, 25(3): 349-352. doi: 10.3969/j.issn.1673-1522.2010.03.028
    [2] 谷丰, 彭迪, 温新, 等. 多孔压敏荧光粒子的制备与流场压力/速度测量的性能表征[J]. 实验流体力学, 2019, 33(2): 72-78. doi: 10.11729/syltlx20180180

    GU F, PENG D, WEN X, et al. Fabrication and characterization of mesoporous pressure-sensitive luminescent particles for in-flow measurement of pressure and velocity[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2019, 33(2): 72-78. doi: 10.11729/syltlx20180180
    [3] 于靖波, 向星居, 袁明磊, 等. 快速响应PSP高超声速风洞测压技术实验[C]//北京力学会第21届学术年会暨北京振动工程学会第22届学术年会论文集. 2015.
    [4] OBARA C J, BURKETT C G, PRITCHARD D W, et al. Development of an automated calibration system for pressure and temperature sensitive paints calibration system, pressure sensitive paint, temperature sensitive paint[C]//Proceedings of the 49th International Instrumentation Symposium. 2003.
    [5] KURITS I, NORRIS J, BHANDARI P. Temperature-sensitive paint calibration methodology developed at AEDC tunnel 9[C]//Proc of the 49th AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition. 2011. doi: 10.2514/6.2011-851
    [6] ABDEH H, BARIGOZZI G. A parametric investigation of vane pressure side cutback film cooling by dual luminophor PSP[J]. International Journal of Heat and Fluid Flow, 2018, 69: 106-116. doi: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2017.12.006
    [7] KHALIL G E, COSTIN C, CRAFTON J, et al. Dual-luminophor pressure-sensitive paint[J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 2004, 97(1): 13-21. doi: 10.1016/s0925-4005(03)00484-2
    [8] Innovative Scientific Solutions, Inc. PSP/TSP Calibration Systems. . https://innssi.com/calibration/.
    [9] BENNE M, KAMMEYER M, DONOVAN J, et al. General strategy for the development of an improved pressure-sensitive paint formulation[C]//Proc of the 22nd AIAA Aerodynamic Measurement Technology and Ground Testing Conference. 2002. doi: 10.2514/6.2002-2906
    [10] 肖亚克, 马洪志, 张孝棣, 等. 光学压力敏感涂料的研制[J]. 传感器技术, 2003, 22(4): 29-32. doi: 10.13873/j.1000-97872003.04.009

    XIAO Y K, MA H Z, ZHANG X D, et al. Preparation of optical pressure sensitive paint[J]. Journal of Transducer Technology, 2003, 22(4): 29-32. doi: 10.13873/j.1000-97872003.04.009
    [11] NAGATA T, KASAI M K, OKUDERA T, et al. Optimum pressure range evaluation toward aerodynamic measurements using PSP in low-pressure conditions[J]. Measurement Science and Technology, 2020, 31(8): 085303. doi: 10.1088/1361-6501/ab81bb
    [12] LI R Y, GAO L M, ZHENG T L, et al. Experimental investigation on static/dynamic characteristics of a fast-response pressure sensitive paint[J]. Chinese Journal of Aeronautics, 2018, 31(6): 1198-1205. doi: 10.1016/j.cja.2018.04.006
    [13] 林敬周, 解福田, 钟俊, 等. 高超声速风洞压敏漆试验技术[J]. 航空学报, 2017, 38(7): 192-200. doi: 10.7527/S1000-6893.2017.120890

    LIN J Z, XIE F T, ZHONG J, et al. Pressure sensitive paint test technique in hypersonic wind tunnel[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2017, 38(7): 192-200. doi: 10.7527/S1000-6893.2017.120890
    [14] 杨雷超, 王喜超. 高超声速流动中温度敏感涂料测温技术研究[C]//高等学校工程热物理第二十届全国学术会议论文集. 2014.
    [15] PENG D, LIU Y Z. Fast pressure-sensitive paint for unders-tanding complex flows: from regular to harsh environments[J]. Experiments in Fluids, 2019, 61(1): 1-22. doi: 10.1007/s00348-019-2839-6
    [16] GREGORY J W, SAKAUE H, LIU T S, et al. Fast pressure-sensitive paint for flow and acoustic diagnostics[J]. Annual Review of Fluid Mechanics, 2014, 46(1): 303-330. doi: 10.1146/annurev-fluid-010313-141304
    [17] PENG D, GU F, LI Y Z, et al. A novel sprayable fast-responding pressure-sensitive paint based on mesoporous sili-cone dioxide particles[J]. Sensors and Actuators A: Physical, 2018, 279: 390-398. doi: 10.1016/j.sna.2018.06.048
    [18] GREGORY J W, ASAI K, KAMEDA M, et al. A review of pressure-sensitive paint for high-speed and unsteady aerodynamics[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, 2008, 222(2): 249-290. doi: 10.1243/09544100jaero243
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-11-02
  • 修回日期:  2020-12-11
  • 刊出日期:  2021-06-25

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    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日