Oberflächenheißfilm-Anemometrie

 
Leiterbahnen für die Stromversorgung eines Heißfilmsensors Urheberrecht: © RWTH Aachen | IST

Die Heißfilm-Anemometrie beruht auf demselben Funktionsprinzip wie auch die Hitzdraht-Anemometrie. Ein elektrischer Widerstand in Form eines dünnen strukturierten Metallfilms („Oberflächenheißfilm-Geber“) wird durch eine vorbeiziehende Strömung abgekühlt. Beim Konstant-Temperatur-Anemometer dient beispielsweise die elektrische Leistung, die aufgebracht werden muss, um eine fest gewählte Temperatur des Heißfilm-Gebers zu halten, als Messgröße. Der Wärmeübergang an einer Wand, und damit auch an einem Heißfilm-Geber ist insbesondere von der Wandschubspannung abhängig. Durch Verwendung mehrerer Heißfilme-Geber hintereinander lässt sich auf Turbomaschinenschaufeln der qualitative Verlauf der Wandschubspannung bestimmen. Daraus kann dann der Punkt des laminar-turbulente Umschlags bestimmt werden.

Anwendung

Heißfilme werden auf Verdichter- und Turbinenschaufeln zur Bestimmung der Transitionslage aufgebracht. Die einzelnen Sensoren bestehen aus einer 10 μm dicken Gold- oder Nickelschicht von 0,1 mm Breite und 0,9 mm Länge. Sie sind in einem Abstand von 2 - 3 mm auf einer 50 μm dicken Trägerfolie aufgedampft. Die Verbindung der Sensoren mit dem Messsystem wurde in dem oben gezeigten Beispiel mit flexiblen und individuell angefertigten Leiterbahnen gelöst, die die Sensoren mit der Messbrücke verbinden.

Durch eine vorherige Bestimmung des temperaturabhängigen Widerstands des Heißfilm-Gebers kann aus den Messdaten der Verlauf der Wandschubspannung qualitativ bestimmt werden (die sogenannte Quasi-Wandschubspannung).

Messgrößen

  • Quasi-Wandschubspannungen
  • Transitionslage