بررسي تجربي عوامل تاثيرگذار بر حساسيت جهت در جريان سنج سيم داغ

Experimental Investigation on Parameters Affecting the Directional Sensitivity of Hot Wire Anemometer

در اندازه گيري جريان دوبعدي توسط جريان سنج سيم داغ، حساسيت سنسور به تغيير جهت جريان (حساسيت جهت يا پاسخ زاويه-اي) از اهميت زيادي برخوردار است. پاسخ زاويه اي سنسور، رابطه بين بردار سرعت جريان و انتقال حرارت از سنسور است كه توسط تابع حساسيت تعيين مي شود. در اين مقاله با هدف بررسي دو تابع حساسيت شناخته شده (قانون كسينوسي و رابطه هينز) با استفاده از آزمايش هاي تونل باد، تاثير عوامل مختلفي از جمله شرايط جريان (سرعت و جهت) ، شرايط هندسي پراب (نسبت هندسي طول به قطر سنسور، l/d) و شرايط عملكردي پراب (دماي سنسور) بر محدوده قابليت استفاده از قانون كسينوسي و مقدار ضريب حساسيت k بررسي شده است. نتايج نشان مي دهد، بازه زاويه اي استفاده از قانون كسينوسي به شرايط جريان و شرايط هندسي پراب وابسته است. در صورتي كه خطاي اندازه گيري توسط قانون كسينوسي تا 1% قابل قبول باشد، محدوده زاويه اي قابليت كاربرد اين قانون براي اندازه گيري جريان با سرعت هايي بيش از 10 m/s، به حدود ±30° ميرسد. در نسبت هاي هندسي بالاتر از 600، اندازه گيري توسط قانون كسينوسي از دقت خوبي برخوردار است. همچنين ضريب k، كاملا به شرايط جريان و شرايط هندسي پراب وابسته است، به نحوي كه مقدار آن با افزايش زاويه و سرعت جريان و همينطور نسبت هندسي l/d، كاهش مي يابد. نتايج اين تحقيق در انتخاب و طراحي مناسب پراب براي افزايش دقت و بازه اندازه گيري دوبعدي جريان توسط جريان سنج سيم داغ قابل استفاده مي باشد.

measurement accuracy. The angular response of the sensor describes the relationship between flow velocity vector and heat transfer from the sensor, which is determined by a sensitivity function. In this paper, two sensitivity functions, namely cosine law and Hinze equation, have been studied using wind tunnel experiments to evaluate the effect of various parameters such as flow conditions (velocity and direction), probe aspect ratio (l/d) and probe operational condition (sensor temperature) on the range of applicability of cosine law and magnitude of the sensitivity coefficient, k. Results show that the angular range of applicability of cosine law depends on flow and probe conditions. At 1% measurement error, the range of applicability of cosine law for flow measurements of velocities exceeding 10 m/s was found to be in the range of ±30º. Moreover, at geometrical ratios higher than 600, two-dimensional flow measurements using the cosine law presents results with acceptable accuracy. In addition, the sensitivity coefficient is completely dependent on flow condition and probe aspect ratio, and its value decreases with increase in flow angle and velocity and reduction in probe aspect ratio. The results of this research can be used in the selection and proper design of probes for two-dimensional flow measurements using hot wire anemometers.