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總温

鎖定
總温指一流體以絕熱過程完全靜止時,它的動能將轉化為內能時反映出來的温度。
在航空領域中,駐點温度被稱為總温,並通過安裝在飛行器表面上的温度探測器來測量。 探頭設計成將空氣相對於飛機處於靜止狀態。當空氣相對靜止時,動能轉化為內部能量。 空氣被壓縮並經歷絕熱的温度升高。 因此,總温高於靜態(或環境)空氣温度。
總温是空氣數據計算機的基本輸入,以便能夠計算靜態空氣温度,從而得到真正的空速。 [1] 
中文名
總温
外文名
total temperature
相關內容
温度、密度、速度、馬赫數
狀    態
絕熱過程完全靜止
實際例子
航空器總温傳感器
相關詞
靜温

總温相關信息

靜態温度和總温之間的關係由下式給出:
其中:
為總温,單位為K;Ts為靜態温度,單位為K;
為比熱比,乾燥空氣比熱比約為1.4;Ma為飛行器馬赫數 [2]  [5] 
流體在流動時具有它的壓力、温度、密度、速度、馬赫數。如能使一流體以絕熱過程完全靜止時,那麼它的動能將轉化為內能,反映在壓力、温度與密度上。此時之温度便為總温。實際例子為航空器的總温探頭在前端量測的便是總温。
常用總温傳感器測量大氣的總温。總温傳感器又稱阻滯温度傳感器。總温信號可供大氣數據計算機作解算大氣靜温、真實空速等參數用。

總温總温測量技術

温度是表徵物體狀態的特徵參數之一。温度測量,在空氣動力學試驗中有着廣泛的應用。為了確定空氣的密度、粘性係數和流動速度等,通常都需要測量温度。空氣動力天平測得的數據要計及温度的影響,也需要測量温度。在無加熱器的超聲速風洞中,某些情況下需監測氣流温度以防止水蒸氣凝結。在有加熱器的高超聲速風洞中,某些情況下需要監測温度,以防止冷卻器失靈造成的洞體某些部位過熱。通過測量模型表面的温度分佈,可確定氣流在模型表面上的流動狀態。總之,温度測量在空氣動力學試驗中具有重要的意義。 [3] 
在空氣動力學領域,高速氣流温度的測量一般指氣體總温的測量,即氣流在絕熱滯止狀態下所能達到的温度。實測過程中完全絕熱滯止是無法實現的,因此即使不存在使用誤差的情況下,探針的指示温度也總是小於總温而高於靜温。工程技術人員的任務在於設計出品質優良的探針,使其指示温度與總温儘可能接近,並在校準風洞上進行校正,找出兩者的誤差,從而對總温探針的指示温度加以修正。

總温低密度風洞總温測量

低密度風洞温度測量主要是指風洞駐室總温和試驗段氣流總温測量。此外,為了分析噴管流動狀態,有時也要測量氣流的震動温度和轉動温度。其中,駐室總温是一個重要的狀態參數。
低密度風洞駐室總温是由氣流防冷凝和模型試驗要求的壁温比來確定的,通常駐室總温範圍為。對於這樣寬的温度範圍往往要用這幾種手段來進行測量,包括熱電偶探針、總壓流量法測量總温。 [3] 

總温激波風洞總温測量

氣流的總温是高超聲速試驗設備模擬能力的一個重要標誌,又是確定其試驗氣流特性的一個基本參數,因此,無論是為了校準試驗設備的性能,還是提供試驗數據,均需要進行總温測量。工程中主要有這幾種常用技術:激波馬赫數、駐點熱流率和皮託壓力、帶屏蔽罩的熱電偶三種測量技術。 [3] 

總温航空航天中的燃氣總温傳感器

在航空航天領域中,準確測量燃燒室出口燃氣流温度,能為發動機進氣道及尾噴管的優化設計提供重要的參考數據。實際測量高速高焓燃氣温度時,為了使傳感器測量温度更接近氣流真實温度,通常將傳感器與合適的滯止罩配套做成總温探針樣式。總温傳感器測試時,燃氣流受滯止室及傳感器探頭的雙重滯止,正向流動速度迅速減小,氣流的動能轉變為熱能,由燃氣高速流動所帶來的速度誤差也將減小。 [4] 
在熱工流體力學中,氣流的總温 Tt由靜温 T和動温 Tv兩部分組成。靜温是度量氣體分子自由運動的動能;動温是度量氣體分子定向運動的動能。
式中,v 為氣流速度;cp為定壓比熱;k 為絕熱指數,氣體定壓比熱與定容比熱的比值,k = cp/cv,對於空氣,k =1.4;對於燃氣,k =1.33;Ma 為氣流馬赫數。
傳感器的指示温度與氣流的總温的偏差,是測量誤差。總温傳感器示意圖如圖1所示。
圖1 總温傳感器 圖1 總温傳感器
參考資料
  • 1.    Van Wylen, G.J., and Sonntag, R.E. (1965), Fundamentals of Classical Thermodynamics, John Wiley & Sons, Inc., New York
  • 2.    Van Wylen and Sonntag, Fundamentals of Classical Thermodynamics, section 14.1
  • 3.    張紹武. 高焓高速氣流總温熱電偶測量技術研究[D]. 國防科學技術大學, 2004.
  • 4.    佟顯義, 徐微, 鄭全,等. 燃氣總温傳感器的設計[J]. 傳感技術學報, 2016, 29(2):301-305.
  • 5.    廖理主編.熱學計量[M].北京:原子能出版社,2002:285.