三孔探针如何测风洞气流偏角大小

三孔探针测风洞气流偏角大小的方法

在风洞实验中，准确测量气流偏角对于理解流体动力学特性和优化工程设计至关重要。三孔探针作为一种有效的点测量工具，在此类实验中具有广泛应用。它通过测量流场中的压力分布，进而计算出气流的速度分量和偏角。以下是三孔探针测量风洞气流偏角大小的具体方法：

一、三孔探针的基本构造与原理

三孔探针通常包括一个感压头部，该头部由半球形（直径一般为3\~6mm）与圆柱形针体组合而成。在离头部3\~4倍管径处，钻有三个测压孔（孔径一般为0.5\~1.0mm），这三个孔分别标记为1、2、3。其中，两侧孔1和3与中心孔2对称，并相隔一定的角度，通常这个角度取为±45°，以确保探针具有最大的方向灵敏性。

中心孔2用于测量气流的总压（P2），而两侧孔1和3则用于测量气流的静压和部分动压，从而帮助确定气流的方向。当气流方向对探针的每一个压力孔都存在一定的角度时，这些孔感受到的将是气流的静压和一部分动压的组合。通过计算这些压力值的比值，可以得到流体的速度分量及流向信息。

二、测量步骤

1. 安装与校准 ：首先，将三孔探针垂直插入风洞中的流场。在安装之前，应对探针进行校准，以确定其几何中心线与气动轴心线之间的角度差值。这通常在校正风洞中进行。
2. 压力测量 ：将探针的三个测压孔分别连接到压力测量设备（如U形管压力计或斜管微压计）上。当气流流过探针时，三个孔将感受到不同的压力值。
3. 对向测量 ：旋转三孔探针，直到连接两侧孔1和3的压力计达到平衡状态，即两侧孔感受到相同的压力。此时，气流速度的方向与两侧孔的轴心线的夹角的平分线重合。
4. 读取角度 ：在探针露在流场外部的尾端，通常安装有一个能指示探针转动角度的分度盘。当探针旋转到平衡状态时，从分度盘上读取的角度即为气流方向与探针基线之间的偏斜角。
5. 计算气流参数 ：除了偏斜角外，还可以利用测得的压力值和预先在校正风洞中校准得到的校正系数，计算出气流的总压、静压和速度值。

三、注意事项

1. 精度与校准 ：三孔探针的测量精度取决于其加工精度和校准的准确性。因此，在使用前应对探针进行仔细的校准。
2. 流场干扰 ：探针的插入会对流场产生一定的干扰。为了减小这种干扰，探针的尺寸应尽可能小，且形状应设计为对流场影响最小。
3. 实时测量 ：三孔探针能够实时反映流场的变化情况，这对于快速分析流场特性非常有利。但需要注意的是，测量过程中应保持探针的稳定，以避免因振动或移动而导致的测量误差。

综上所述，三孔探针通过测量流场中的压力分布，并结合对向测量原理和校准数据，可以准确地测量出风洞中的气流偏角大小。这种方法在流体动力学研究和工程设计中具有广泛的应用价值。