段紀(jì)成，姚永利，史軍黨，程 凱（陜西鼓風(fēng)機(jī)（集團(tuán)）有限公司，西安 710061）

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溫度恢復(fù)系數(shù)標(biāo)定試驗(yàn)

段紀(jì)成，姚永利，史軍黨，程 凱
（陜西鼓風(fēng)機(jī)（集團(tuán)）有限公司，西安 710061）

摘 要：本文通過試驗(yàn)實(shí)例介紹了溫度恢復(fù)系數(shù)應(yīng)用原理，實(shí)用的計(jì)算方法和實(shí)際應(yīng)用的標(biāo)定溫度恢復(fù)系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置及試驗(yàn)結(jié)果。實(shí)現(xiàn)了熱電阻溫度傳感器應(yīng)用到實(shí)際溫度測量中進(jìn)行溫度的準(zhǔn)確測量。

關(guān)鍵詞：溫度恢復(fù)系數(shù)；標(biāo)定；試驗(yàn)

0　前言

在壓縮機(jī)模型級(jí)及壓縮機(jī)的熱力性能試驗(yàn)測試中，溫度測量是一個(gè)必不可少的關(guān)鍵要素。尤其是各截面氣流參數(shù)的準(zhǔn)確測定直接影響壓縮機(jī)模型級(jí)和壓縮機(jī)的最終測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

為了準(zhǔn)確的測量氣流溫度，我們可以使用總溫探針進(jìn)行溫度測量，但由于總溫探針的感溫元件需暴露在氣流中，十分容易損壞。而用帶保護(hù)套的熱電阻（或熱電偶）溫度傳感器進(jìn)行溫度測量，由于插入氣流的溫度傳感器（保護(hù)套）總是對(duì)氣流有擾動(dòng)作用，而且溫度傳感器（保護(hù)套）與氣流之間總存在相對(duì)速度，改變了溫度傳感器附近氣流的局部速度，所以，直接測量出氣流溫度實(shí)際上是無法實(shí)現(xiàn)的。因此，我們引入溫度恢復(fù)系數(shù)對(duì)所測溫度值進(jìn)行修正，以求達(dá)到準(zhǔn)確測量。對(duì)于特定的溫度傳感器而言，其溫度恢復(fù)系數(shù)需要進(jìn)行試驗(yàn)標(biāo)定。

1　原理

氣流靜溫Ts就是插入氣流中的無散熱的溫度傳感器的感溫元件隨氣流一起移動(dòng)（感溫元件與氣流沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)）時(shí)的平衡溫度。氣流總溫To就是氣流的滯止溫度。在穩(wěn)定流動(dòng)中，滯止溫度的變化可以用來度量熱或功的轉(zhuǎn)移。在實(shí)際操作條件下，對(duì)于測量而言，滯止溫度比氣流靜溫更容易實(shí)現(xiàn)。氣流總溫和氣流靜溫之間的關(guān)系為：

其中：To為氣流總溫，Ts為氣流靜溫，c為氣流速度，Cp為定壓比熱，k為絕熱指數(shù)，M為氣流馬赫數(shù)。

實(shí)際溫度測量過程中，由于感溫元件引起的氣流擾動(dòng)，這個(gè)擾動(dòng)尤其在相對(duì)較小的通道內(nèi)對(duì)整個(gè)流動(dòng)可以產(chǎn)生一個(gè)顯著的影響，所以，由熱感受器（熱電阻溫度傳感器等）所讀出的溫度值既不是氣流的總溫To，也不是氣流的靜溫Ts，而是介于這兩者之間的一個(gè)有效溫度Tp。即：

為了評(píng)價(jià)在氣流中測量溫度的熱傳感器（熱電阻溫度傳感器等）的品質(zhì)，更準(zhǔn)確的進(jìn)行溫度測量，引入溫度恢復(fù)系數(shù)γ，定義為：

根據(jù)伯努利方程式，氣流速度為：

其中：Po為氣流總壓，Ps為氣流靜壓

氣流馬赫數(shù)為：

其中：R為氣體常數(shù)

2　試驗(yàn)裝置

對(duì)于特定的熱電阻溫度傳感器，其溫度恢復(fù)系數(shù)需要試驗(yàn)進(jìn)行標(biāo)定，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套試驗(yàn)裝置。利用一臺(tái)壓縮機(jī)為其提供風(fēng)源，壓縮機(jī)出口接調(diào)節(jié)閥門和連接管道。用管道將氣流引入風(fēng)室，為了得到相對(duì)穩(wěn)定的流場和很低的氣流速度（＜5 m/s），風(fēng)室的容積需要設(shè)計(jì)的較大，且截面積較大（遠(yuǎn)大于后面噴嘴的截面積），在風(fēng)室末端接截面積較小的噴嘴，氣流由噴嘴流向大氣，可以得到較高的穩(wěn)速氣流。

由于在風(fēng)室和噴嘴之間無外加功，在忽略風(fēng)室和噴嘴散熱（風(fēng)室和噴嘴外壁進(jìn)行保溫處理）的情況下，我們可以在風(fēng)室內(nèi)測得氣流總溫和氣流總壓。將熱電阻溫度傳感器置于噴嘴出口，所讀出的溫度值即為有效溫度。氣流靜壓為大氣壓力。

3　標(biāo)定試驗(yàn)

我們通過調(diào)節(jié)風(fēng)源壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速和壓縮機(jī)出口連接管道上的調(diào)節(jié)閥門開度，從而改變進(jìn)入風(fēng)室和噴嘴氣流的流量、壓力、溫度，可以測得不同工況點(diǎn)的相關(guān)測試參數(shù)。利用上述原理公式計(jì)算即可繪制出特定熱電阻溫度傳感器溫度恢復(fù)系數(shù)對(duì)應(yīng)氣流馬赫數(shù)（或氣流速度）的特性曲線（見表1）。

表1

工況點(diǎn)　1　2　3　4　5　6　7　8　9　10　 11馬赫數(shù)　0.0987 　0.1191 　0.1320 　0.1602 　0.1899 　0.2322 　0.2707 　0.3114 　0.3502 　0.3998 　0.4996恢復(fù)系數(shù)1　 0.5475 　0.6190 　0.6456 　0.6541 　0.6531 　0.6631 　0.6630 　0.6685 　0.6727 　0.6770 　0.6861恢復(fù)系數(shù)2　 0.5484 　0.6335 　0.6546 　0.6583 　0.6653 　0.6690 　0.6597 　0.6590 　0.6604 　0.6638 　0.6728

4　結(jié)束語

在壓縮機(jī)模型級(jí)和壓縮機(jī)的熱力性能試驗(yàn)中，氣流連續(xù)流動(dòng)是必須的。由于溫度恢復(fù)系數(shù)的引入，我們可以利用常規(guī)的帶保護(hù)套的熱感受器（熱電阻溫度傳感器）代替受氣流沖擊容易損壞的總溫探針進(jìn)行溫度測量，降低試驗(yàn)成本。特定熱電阻溫度傳感器通過溫度恢復(fù)系數(shù)的試驗(yàn)標(biāo)定，提高了溫度測量的準(zhǔn)確性，進(jìn)而保證了壓縮機(jī)模型級(jí)和壓縮機(jī)最終試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)：

［1］徐忠.離心壓縮機(jī)原理［J］.西安交通大學(xué).

［2］壓縮機(jī)測試技術(shù)與控制［J］.西安交通大學(xué)出版社，1988.

［3］林其勛.熱工與氣動(dòng)參數(shù)測量［J］.西北工業(yè)大學(xué)，1994.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.221