基本介紹
- 中文名：熱線測量
- 外文名：hot-wire velocimetry
- 套用學科：空氣動力學
- 儀器：熱線風速儀
- 作用：測定流體介質的流速、溫度、成分
- 熱線風速儀：一種測速儀器，也可測溫度或密度
熱線,定義,原理,熱線風速儀,瞬態熱線法,
熱線
熱線長度一般在0.5～2毫米範圍，直徑在1～10微米範圍，材料為鉑、鎢或鉑銠合金等。若以一片很薄(厚度小於0.1微米)的金屬膜代替金屬絲，即為熱膜風速儀，功能與熱絲相似，但多用於測量液體流速。熱線除普通的單線式外，還可以是組合的雙線式或三線式，用以測量各個方向的速度分量。從熱線輸出的電信號，經放大、補償和數位化後輸入計算機，可提高測量精度，自動完成數據後處理過程，擴大測速功能，如同時完成瞬時值和時均值、合速度和分速度、湍流度和其他湍流參數的測量。熱線風速儀與皮托管相比，具有探頭體積小，對流場干擾小；回響快，能測量非定常流速；能測量很低速（如低達0.3米/秒)等優點。
定義
熱線測量是指利用熱線風速儀測定流體介質的流速，還可以用來測量介質的溫度以及測定流體介質成分等的測量方法。
原理
熱線法基於常物性、均質、具有相同初始溫度的無限大介質，在受到恆定線熱源作用時，根據非穩態導熱過程測量材料熱導率和熱擴散率的熱物性測量方法。現熱線法已經被廣泛套用於各種低熱導率、顆粒狀材料和多孔材料的熱物性測量，成為我國測量非金屬材料標準之一。
起源於二十世紀初的熱線測量流速。是Koping力工作奠定了熱線風速儀工作理論三維基礎，熱線風速儀被認為是流體力學的實驗技術的進步的一個重要里程碑。流體力學研究者們從中獲得了一個有力工具。在實驗人員在流場中放置了有電流通過的金屬絲敏感組件的時侯，因為電流的熱效應，敏感組件將會產生一定熱量。周圍流場和組件進行熱交換時，由於流體流速變化造成熱敏感組件的溫度發生變化，所以引起其電阻變化。由此可以建立流體速度和電信號對應的關係。於是就能通過測量出熱線的電量從而確定流體速度
運用熱平衡的原理:每一時刻熱線因為溫度的升高而產生熱量就等於流動速度增加而損失掉的熱量。相反每一時刻熱線溫度降低所消耗的熱量也就等於流速減小累積的熱量。特別說明的是這些都是排除流速以外別的因素造成的影響。
熱交換的過程中，所涉及到流速，加熱電流與熱線溫度這三個基本的物理量，這些量之間有著一定的對應關係，加熱電流保持不變時，熱線溫度就與流速之間形成確定的函式關係。通過這個關係來測量速度的方法叫做恆流法。而在熱線溫度不變時，熱線的電流與速度之間就形成確定的函式關係。通過這個關係測量速度的方法叫做恆溫法。
熱線風速儀
熱線風速儀是將流速信號轉變為電信號的一種測速儀器，也可測量流體溫度或密度。
熱線風速儀有兩種工作模式：
1.恆流式，亦稱定電流法，即加熱金屬絲的電流保持不變，氣體帶走一部分熱量後金屬絲的溫度就降低，流速愈大溫度降低得就愈多；溫度變化時，熱線電阻改變，兩端電壓變化，因而測得金屬絲的溫度則可得知流速的大小。
2.恆溫式，亦稱定電阻法（即定溫度法），改變加熱的電流使氣體帶走的熱量得以補充，而使金屬絲的溫度保持不變（也稱金屬絲的電阻值不變）如保持150℃，；這時流速愈大則所需加熱的電流也愈大，根據所需施加的電流（加熱電流值）則可得知流速的大小。恆溫式比恆流式套用更廣泛。
瞬態熱線法
瞬態熱線法可用於測定固體、粉末和流體的導熱係數，適用於各向同性和各向異性材料。可測量的溫度範圍從低溫到大約1800K。
瞬態熱線法的理想模型為無限大介質中的徑向一維非穩態導熱問題，具體為無限長的熱線在無限大介質中處於初始熱平衡狀態下受到瞬間加熱脈衝而引起的熱傳導過程。瞬態熱線法的測量時間極短，在流體發生自然對流之前就可以完成測量，因而可以避開對流的影響。此外，瞬態熱線法的適用範圍極寬，除了稀薄氣體及臨界附近外都可以進行測量。
相對固體來說，液體導熱係數的研究更為複雜。由於瞬態熱線法測量液體和氣體的導熱係數時，測量時間極短，通常只需要測量幾秒鐘，完全可以避開對流的影響，所以被公認為是最好的液體或氣體導熱係數測量方法，而且其適用範圍極寬，除了稀薄氣體及臨界附近外都可以進行測量。如果對採集系統進行精確設計，瞬態熱線法還能同時測量流體的熱擴散係數，這樣利用已知的密度數據就可以得到流體的比熱容數據。
