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空气动力学实验方法：热电偶测量：高速气流热电偶测量

技术

1空气动力学实验基础

1.1热电偶工作原理

热电偶是一种广泛应用于测量温度的传感器，其工作原理基于塞贝克效应

（Seebeckeffect）。当两种不同材料的金属导体在两端接触时，如果两端的温度

不同，就会在导体之间产生电动势，这个电动势的大小与温度差成正比。热电

偶通常由两种不同的金属丝组成，一端焊接在一起形成热端，另一端保持在室

温下作为冷端。热端置于被测环境中，冷端则连接到测量设备上。

1.1.1示例

假设我们使用K型热电偶测量高温气流的温度。K型热电偶由镍铬（NiCr）

和镍铝（NiAl）两种金属组成。

#导入热电偶库

importthermocouple

#创建K型热电偶实例

k_type=thermocouple.K()

#假设热端温度为500°C，冷端温度为25°C

hot_end_temp=500

cold_end_temp=25

#计算热电偶输出的电动势

emf=k_type.emf(hot_end_temp,cold_end_temp)

#输出电动势

print(f热电偶输出的电动势为:{emf}mV)

1.2高速气流特性

高速气流在空气动力学实验中具有特殊的重要性，因为它们涉及到的物理

现象与低速气流有很大不同。高速气流通常指速度接近或超过音速的气流，此

时气流的压缩性和热力学性质变得显著。在高速气流中，温度和压力的变化对

气流速度有直接影响，因此，精确测量温度对于理解气流行为至关重要。

1

1.2.1关键特性

1.压缩性：随着气流速度的增加，气体的密度会因压缩而变化，这

会影响气流的动态特性。

2.激波：当气流速度超过音速时，会在物体表面形成激波，导致压

力和温度的突然增加。

3.热效应：高速气流与物体表面的摩擦会产生大量的热，这可能会

影响实验结果。

1.3实验安全须知

在进行涉及高速气流和热电偶测量的实验时，安全是首要考虑的因素。以

下是一些基本的安全指导原则：

1.个人防护装备：实验人员应穿戴适当的个人防护装备，包括安全

眼镜、防护手套和实验室外套。

2.设备检查：在实验开始前，确保所有设备，包括热电偶和气流发

生器，都处于良好状态并正确安装。

3.气体泄漏检测：定期检查实验装置是否有气体泄漏，特别是在使

用高压气体时。

4.紧急停机：实验区域应配备紧急停机按钮，以便在发生意外时立

即停止气流。

5.数据记录：确保所有实验数据都被准确记录，包括温度、压力和

气流速度，以便后续分析和安全评估。

1.3.1安全检查代码示例

在实验开始前，可以编写一个简单的脚本来检查热电偶是否正常工作。

#导入热电偶库

importthermocouple

创建型热电偶实例

#K

k_type=thermocouple.K()

#检查热电偶输出是否合理

defcheck_thermocouple():

#假设热端温度为室温，冷端温度为0°C

hot_end_temp=25

cold_end_temp=0

#计算电动势

emf=k_type.emf(hot_end_temp,cold_end_temp)

#检查电动势是否在合理范围内

ifemf-1oremf1:

2

print(热电偶可能损坏，请检查！)

else:

print(热电偶工作正常。)

#运行检查

check_thermocouple()

通过以上内容，我们了解了热电偶的工作原理，高速气流的特性，以及在

进行此类实验时应遵循的安全指导原则。这些知识对于设计和执行精确的空气

动力学实验至关重要。

2空气动力学实验方法：热电偶测量技术

2.1热电偶选择与安装

2.1.1热电偶类型介绍

热电偶是一种广泛使用的温度测量装置，它基于塞贝克效应（Seeb