用于確定繞流的面上的壁剪切應(yīng)力和/或轉(zhuǎn)變點的方法和測量設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于確定繞流的面上的壁剪切應(yīng)力和/或轉(zhuǎn)變點的方法。此外，本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求12所述的測量設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]為了理解繞流的體部上的流動過程重要的是:借助于測量確定層流和渦流之間的過渡點或轉(zhuǎn)變點。此外，對此應(yīng)用所謂的熱膜風(fēng)速測量法，所述熱膜風(fēng)速測量法例如沿著繞流的體部的線求得轉(zhuǎn)變點。借助于熱膜風(fēng)速測量法測量和相應(yīng)的標(biāo)定能夠確定壁剪切應(yīng)力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是:提出一種用于確定繞流的面上的壁剪切應(yīng)力和/或轉(zhuǎn)變點的新型的無接觸的方法。此外，本發(fā)明的目的是提出一種相應(yīng)的測量設(shè)備。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的目的通過具有權(quán)利要求1的特征的方法來實現(xiàn)。此外，所述目的通過具有權(quán)利要求12的特征的測量設(shè)備來實現(xiàn)。
[0005]因此根據(jù)本發(fā)明，提出用于借助于熱攝影術(shù)確定繞流的面上的轉(zhuǎn)變點的方法。借助該方法能夠附加地或替選地確定繞流的面上的壁剪切應(yīng)力。
[0006]通常，轉(zhuǎn)變點描述尤其是沿著面、在空間中或沿著線從層流到渦流的轉(zhuǎn)變點，或從渦流到層流的轉(zhuǎn)變點。轉(zhuǎn)變點也稱作為流的非穩(wěn)定點。
[0007]熱攝影術(shù)描述用于測量和/或顯示物體的溫度、尤其是表面溫度的成像方法。在此，將從例如物體的一個點或面發(fā)出的紅外輻射的強(qiáng)度認(rèn)作為用于其溫度的度量。
[0008]為了確定轉(zhuǎn)變點和/或壁剪切應(yīng)力，根據(jù)本發(fā)明的方法包括如下步驟:在要通流或要繞流的(簡稱:繞流的)面上提供具有隔熱層的表面;對要繞流的面進(jìn)行通流或繞流(簡稱:繞流)；加熱繞流的面;借助于攝像系統(tǒng)無接觸地測量繞流的面的輸出的熱量;確定繞流的面上的至少一個溫度衰減系數(shù)；以及求得繞流的面上的壁剪切應(yīng)力和/或轉(zhuǎn)變點或?qū)⒌搅髦械臒醾鬟f定性地可視化。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備設(shè)置、構(gòu)建和/或配置用于確定繞流的面上的壁剪切應(yīng)力和/或轉(zhuǎn)變點。此外，測量設(shè)備配置用于至少執(zhí)行下述方法步驟:加熱繞流的面;借助于攝像系統(tǒng)無接觸地測量繞流的面的輸出的熱量;確定繞流的面上的至少一個溫度衰減系數(shù)并且求得繞流的面上的壁剪切應(yīng)力和/或轉(zhuǎn)變點。對此，所述測量設(shè)備具有相應(yīng)所需的設(shè)備。
[0010]在全部上面的和下面的實施方案中，表述“能夠是”或者“能夠具有”等與“優(yōu)選是”或“優(yōu)選具有”等應(yīng)理解是同義的并且應(yīng)闡述根據(jù)本發(fā)明的實施方式。
[0011]本發(fā)明的有利的改進(jìn)形式分別是從屬權(quán)利要求和實施方式的主題。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的實施方式能夠具有一個或多個下述特征。
[0013]如在此所使用的術(shù)語“隔熱層”表示具有低的導(dǎo)熱特性的層。材料或物質(zhì)中的熱傳導(dǎo)的度量是材料或物質(zhì)的導(dǎo)熱性。導(dǎo)熱性是物質(zhì)特性。
[0014]隔熱層能夠稱作為具有差的導(dǎo)熱特性的層。如果例如隔熱層的表面借助于熱源加熱(例如通過熱輻射)，那么熱量僅以小的程度被所述隔熱層傳遞(或僅以小的程度在表面上傳遞)。
[0015]通常不存在對導(dǎo)熱性的限制。當(dāng)然指出:有利的是:隔熱層的導(dǎo)熱性最多是基礎(chǔ)材料的導(dǎo)熱性的五分之一。
[0016]例如能夠?qū)⑷绂│苔笑傻沫h(huán)氧樹脂漆用作為隔熱層。
[0017]在一些根據(jù)本發(fā)明的實施方式中，隔熱層均具有幾微米(μπι)、例如0.Ιμ??和500μηι
之間的厚度。
[0018]隔熱層能夠稱作為熱絕緣層。
[0019]在一些根據(jù)本發(fā)明的實施方式中，將隔熱層施加進(jìn)而提供到要繞流的面的表面上。例如，隔熱層能夠可脫離地或不可脫離地施加和固定在表面上，尤其借助于粘接來固定。替選地，隔熱層能夠被涂漆、蒸鍍、附著、熔焊(例如借助于點焊)、釬焊和夾緊。上述固定方法的組合根據(jù)本發(fā)明同樣是可行的。
[0020]在一定的根據(jù)本發(fā)明的實施方式中，已經(jīng)以預(yù)制的方式在表面上提供具有隔熱層的要繞流的面。例如，隔熱層能夠在特別的制造條件下(例如真空下)與要繞流的面在其他的地方被制造。
[0021]在一些根據(jù)本發(fā)明的實施方式中，對要繞流的面主動地進(jìn)行繞流。如在此所使用的術(shù)語“主動”表示直接偏轉(zhuǎn)到要繞流的面上的流，這例如在如下風(fēng)洞中的模型中是這種情況，在所述風(fēng)洞中流偏轉(zhuǎn)到模型上，以便研究特定的流動現(xiàn)象。模型例如能夠是具有翼型的飛行器、渦輪機(jī)中的定子葉片或用于確定風(fēng)阻的汽車模型。
[0022]在一些根據(jù)本發(fā)明的實施方式中，對要繞流的面被動地進(jìn)行繞流。如在此所使用的術(shù)語“被動”表示強(qiáng)制地對型材繞流的流，因為型材本身運(yùn)動。這例如在燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子葉片(或葉輪)中出現(xiàn)，所述轉(zhuǎn)子葉片經(jīng)受繞流，因為轉(zhuǎn)子葉片本身運(yùn)動(處于旋轉(zhuǎn)中)。
[0023]在特定的根據(jù)本發(fā)明的實施方式中加熱繞流的面，尤其是短暫地加熱。
[0024]繞流的面的加熱在一些根據(jù)本發(fā)明的實施方式中在隔熱層的自由表面上加熱，SP在隔熱層的不直接與繞流的面連接的側(cè)上加熱。
[0025]在一些根據(jù)本發(fā)明的實施方式中，借助于攝像系統(tǒng)，尤其借助于紅外攝像系統(tǒng)無接觸地測量繞流的面的輸出的熱量。紅外攝像也稱作為熱成像攝像或熱攝影攝像。
[0026]在一些根據(jù)本發(fā)明的實施方式中，無接觸地面狀地測量繞流的面的輸出的熱量。在此，面狀的測量應(yīng)理解為如下測量，所述測量不借助于點狀的或線狀的測量或掃描(例如在所謂的線掃描方法中)逐步地構(gòu)建面狀的測量，而是所述測量借助唯一一次測量檢測要測量的面。該面狀的測量能夠稱作為整面的測量。
[0027]在一些根據(jù)本發(fā)明的實施方式中，繞流的面的輸出的熱量無接觸地立體地和/或二維地在表面上測量。
[0028]在特定的根據(jù)本發(fā)明的實施方式中，確定繞流的面上的至少一個溫度衰減系數(shù)。特別地，能夠在表面上在每個位置(同義于每個部位)處和/或面狀地確定溫度衰減系數(shù)。
[0029]溫度衰減系數(shù)能夠與熱傳遞系數(shù)成比例或可以這樣假設(shè)。
[0030]在一些根據(jù)本發(fā)明的實施方式中，在已經(jīng)確定繞流的面上的至少一個溫度衰減系數(shù)之后，求得繞流的面上的壁剪切應(yīng)力和/或轉(zhuǎn)變點。換而言之，基于溫度衰減系數(shù)的確定求得繞流的面上的壁剪切應(yīng)力和/或轉(zhuǎn)變點。
[0031]在一定的根據(jù)本發(fā)明的實施方式中，隔熱層的表面具有施加到表面上的功能層。例如，表面能夠具有帶有高發(fā)射率顏色(同義與:具有高的發(fā)射度的顏色)的層作為功能層。如在此所使用的術(shù)語體部的“發(fā)射度”說明:與理想的熱輻射體、所謂的黑體相比體部輸出多少(熱)輻射。例如，極化的鐵具有大約εΝ = 0.1的低的發(fā)射度(體部的發(fā)射度εΝ能夠作為從體部的面元件中的專門的放射與由相同溫度的黑體放射的射線密度之比來給出)。
[0032]發(fā)射度在相關(guān)的波長范圍中和/或在相關(guān)的導(dǎo)熱性中應(yīng)是盡可能尚的，例如εΝ>
0.6ο
[0033]在一些實施方式中，通過施加功能層，能夠借助于攝像系統(tǒng)相對于沒有功能面的繞流的面以高的信噪比檢測繞流的面的輸出的熱量。
[0034]在特定的根據(jù)本發(fā)明的實施方式中，借助于攝像系統(tǒng)求得繞流的面的輸出的熱量的參考值，其中要繞流的面在檢測參考值時不被繞流。因此，在檢測參考值時尤其執(zhí)行如下步驟:在要繞流的面上提供具有隔熱層的表面，加熱該面，借助于攝像系統(tǒng)關(guān)于時間無接觸地測量該面的λ范圍(λ =波長)中的輸出的輻射強(qiáng)度，確定該面上的至少一個溫度衰減系數(shù)。
[0035]在一些根據(jù)本發(fā)明的實施方式中，確定要繞流的面上的溫度衰減常量，其中從測量值中減去(或減掉)參考值或者相反(將測量值從參考值中減去)。測量值在此涉及在對要繞流的面繞流時的繞流的面的輸出的輻射強(qiáng)度。借助于該差形成，有利地能夠避免由于不同的局部的發(fā)射系數(shù)和導(dǎo)熱性以及表面上的不均勻的照射而引起的測量誤差。由此能夠?qū)崿F(xiàn):僅到流本身中的熱傳遞被成像或者有效地被測量，到繞流的面中和/或到隔熱層中的熱傳輸現(xiàn)象不重要或是次要的。
[0036]在一些根據(jù)本發(fā)明的實施方式中，繞流的面是渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的表面。渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片能夠是渦輪機(jī)的低壓渦輪機(jī)級和/或高壓渦輪機(jī)級的轉(zhuǎn)子葉片。渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片還能夠是渦輪機(jī)的高壓壓縮機(jī)級和/或低壓壓縮機(jī)級的轉(zhuǎn)子葉片。
[0037]在一些根據(jù)本發(fā)明的實施方式中，繞流的面是渦輪機(jī)定子葉片的面。渦輪機(jī)定子葉片能夠是渦輪機(jī)的低壓渦輪機(jī)級和/或高壓渦輪機(jī)級的定子葉片。渦輪機(jī)定子葉片還能夠是渦輪機(jī)的高壓壓縮機(jī)級和/或低壓壓縮機(jī)級的定子葉片。
[0038]在特定的根據(jù)本發(fā)明的實施方式中，攝像系統(tǒng)是紅外攝像系統(tǒng)或具有這種紅外攝像系統(tǒng)。紅外攝像系統(tǒng)能夠稱作為熱成像攝像系統(tǒng)、熱攝影攝像系統(tǒng)、熱攝像系統(tǒng)或稱作為熱成像設(shè)備。
[0039]在一些根據(jù)本發(fā)明的實施方式中，紅外攝像與檢孔儀連接或具有這種檢孔儀。檢孔儀的其他同義的名稱是:管道鏡、內(nèi)窺鏡、工業(yè)用內(nèi)窺鏡(Technoskope)、自檢鏡或內(nèi)檢鏡(Intraskope)。借助于檢孔儀(例如紅外檢孔儀)或其他的光學(xué)儀器在應(yīng)用在渦輪機(jī)中時在轉(zhuǎn)子多次旋轉(zhuǎn)期間測