基于含金屬芯PVDF纖維陣列的流場測量系統(tǒng)研究.pdf

1、本文基于仿生學(xué)的原理，模仿昆蟲毛發(fā)感受器的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)制備了一種只有根部涂鍍表面對(duì)稱電極的含金屬芯PVDF纖維氣流傳感器（簡稱SMPF），并將這種傳感器應(yīng)用于氣流流場測量，對(duì)其傳感特性進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究，取得了初步的研究成果。本文主要的研究成果和內(nèi)容如下:
　　(1)利用自制的拉制纖維設(shè)備，制備了SMPF?；诘谝活悏弘姺匠毯推骄姾煞?，建立了單根懸臂梁結(jié)構(gòu)SMPF的氣流傳感模型。并將懸臂梁結(jié)構(gòu)的SMPF安置在氣流流場中，進(jìn)行沖擊

2、氣流測量實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)SMPF長度恒定時(shí)，隨著沖擊氣流流速的增加，SMPF輸出的電壓信號(hào)成線性變化關(guān)系;當(dāng)SMPF長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于邊界層時(shí)，在沖擊氣流流速相同的條件下，SMPF輸出的電壓值與長度成線性遞增關(guān)系;當(dāng)SMPF長度較短，邊界層的影響不可以忽略時(shí)，在沖擊氣流流速相同的條件下，長度為2.75mm的SMPF輸出電壓值最大，具有最優(yōu)的傳感性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了傳感模型。
　　(2)當(dāng)SMPF用作邊界層氣流傳感器時(shí)，根據(jù)邊界層動(dòng)

3、量積分方程，推導(dǎo)出了邊界層位移厚度方程，并進(jìn)行了氣流傳感實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，SMPF與風(fēng)速傳感器對(duì)于沖擊氣流的響應(yīng)存在時(shí)間差;隨著SMPF長度的增加，時(shí)間差逐漸趨于穩(wěn)定值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了理論模型。同時(shí)，基于平板邊界層理論，建立了微型風(fēng)洞三維空間的流場分布模型，并用有限元仿真的結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。將多根SMPF組成傳感器陣列，測量了微型風(fēng)洞三維空間的流場分布，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了理論模型。
　　(3)基于流體在曲面的繞流和分離理論，建立了氣流