一种壁面剪应力测量方法

摘要

本发明属于流体测量技术领域，具体涉及一种壁面剪应力测量方法。其中壁面剪应力的测量方法中采用平行阵列热线探头一次性同时测量近壁区粘性底层中的距离壁面不同高度的两个位置点的速度，因脉动流速很小，由脉动流速产生的附加剪应力也很小，在粘性底层粘滞剪应力起主导作用，粘性底层中的速度与壁面距离是呈线性分布的，其斜率(U2－U1)/d与动力粘度系数μ的乘积即为剪应力；测量时将平行阵列热线探头搭载在机械臂上，通过上位机控制机械臂控制驱动器驱动机械臂移动来调整，可以实现壁面不同位置进行快速移动，很好的解决了壁面不同位置剪应力的测量需求。

权利要求

1.一种壁面剪应力测量方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：开启上位机，在上位机设定测量任务；

S2：准备待测件，设定来流速度；

S3：将平行阵列热线探头与热线风速仪组装连接，并将平行阵列热线探头搭载固定在机械臂上，对热线风速仪进行标定；

S4：标定完成后，控制机械臂将所述平行阵列热线探头沿着所述待测件的壁面的法向方向移动至待测点位置；

S5：判断所述平行阵列热线探头与壁面的距离是否满足预设要求；

S6：若所述平行阵列热线探头与壁面的距离满足预设要求，则热线风速仪对待测点位置处流场速度进行测量，得到流场中距离壁面不同高度的两个位置的速度信号；

S7：上位机对所述速度信号进行处理，得到测点处的剪应力大小。

2.根据权利要求1所述的一种壁面剪应力测量方法，其特征在于，在S3步骤中，所述平行阵列热线探头包括：绝缘基底(11)，其上设有通风槽(16)；

第一热敏元件(12)，其两端分别固设于所述绝缘基底(11)上，所述第一热敏元件(12)横跨所述通风槽(16)；

第二热敏元件(13)，其与所述第一热敏元件(12)平行间隔设置，所述第二热敏元件(13)两端分别固设于所述绝缘基底(11)上，且横跨所述通风槽(16)。

3.根据权利要求2所述的一种壁面剪应力测量方法，其特征在于，所述平行阵列热线探头还包括：第一覆铜导线(141)，固定在所述绝缘基底(11)表面，其一端与所述第一热敏元件(12)连接，另一端连接有第一导电接头(151)；

第二覆铜导线(142)，固定在所述绝缘基底(11)表面，与所述第一覆铜导线(141)平行间隔设置，其一端与所述第二热敏元件(13)连接，另一端连接有第二导电接头(152)；

所述第一导电接头(151)和第二导电接头(152)平行间隔设置。

4.根据权利要求1所述的一种壁面剪应力测量方法，其特征在于，在S1步骤中，所述上位机的测量任务包括测点位置分布和采样频率。

5.根据权利要求1所述的一种壁面剪应力测量方法，其特征在于，在S4步骤中，先对所述壁面的法向进行定位。

6.根据权利要求1所述的一种壁面剪应力测量方法，其特征在于，在S5步骤中，采用姿态位置传感器实时监控所述平行阵列热线探头与壁面的距离信号和姿态信号；

判断所述平行阵列热线探头与所述壁面的距离是否满足预设要求；

若不满足，则通过上位机控制机械臂进行调整使得所述平行阵列热线探头与壁面的距离满足预设要求。

7.根据权利要求2所述的一种壁面剪应力测量方法，其特征在于，在S5步骤中，先预估待测件近壁区粘性底层的厚度，并在上位机中设定测量时平行阵列热线探头与壁面的距离的预设要求，所述预设要求满足如下条件：h＜H－d，其中h为壁面与平行阵列热线探头的距离，H为近壁区粘性底层的厚度，根据来流速度和待测件尺寸进行预估，d为第一热敏元件与第二热敏元件的间隔。

8.根据权利要求2所述的一种壁面剪应力测量方法，其特征在于，S7步骤中得到测点处的剪应力大小应满足以下公式：

τw＝μ(U2-U1)/d；

其中μ表示流体介质的动力粘度系数，U1和U2分别表示的是第一热敏元件和第二热敏元件距离壁面距离处的速度，d表示的是第一热敏元件与第二热敏元件的距离。

9.根据权利要求1所述的一种壁面剪应力测量方法，其特征在于，在S7步骤之后，还包括以下步骤：S8：转移测量位置，重复步骤S5－S7。

说明书

一种壁面剪应力测量方法

技术领域

[0001] 本发明属于流体测量技术领域，具体涉及一种壁面剪应力测量方法。

背景技术

[0002] 壁面剪应力是研究、判断流场形态以及速度边界层状态等的重要基础参数，但壁面剪应力测量一直是实验流体力学的难点。随着现代实验流体力学测量技术的不断发展，流体壁面剪应力的新型测量技术得到了越来越多的关注。

[0003] 传统壁面剪应力测量方法包括直接测量方法和间接测量方法，其中直接测量方法有表面油膜法、浮动天平法、表面热膜法等，这类测量方法普遍存在标定误差大、安装困难、频率响应较低等问题，难以满足流体壁面剪应力精确测量要求，只能粗略测量剪应力分布情况；间接测量方法主要借助于皮托管、热线风速仪(HWA)、激光多普勒测速仪(LDV)仪器测量速度边界层，根据边界层的分布特性(如线性区、对数区等)，间接地获得壁面剪应力，但这类测量方法适用范围有限，比如，皮托管在超声速流动中不适用，原因在于皮托管头部出现离体激波，总压孔感受的是波后总压，来流静压难以测准；而现有的热线风速仪(HWA)不能同时测量近壁区不同高度位置的速度，需要多次测量不同高度位置的速度，再计算得到近壁区的壁面剪应力；而激光多普勒测速仪(LDV)对于被测流体需要有一定的透明度，在测纯净的水或空气速度时，需要由人工掺入适量的粒子作散射中心，流速很高时要求提高激光输出功率，由于信号频率很高而使信号处理困难等，局限性较大，同时也难以获得壁面剪应力的动态信息。

[0004] 如中国专利CN108387483A公开了一种壁面切应力测量方法，其公开了采用传感器对壁面切应力进行测量，传感器由两片镍箔和一层聚酰亚胺薄膜构成，两片镍箔通电加热至同一温度，其中一片镍箔与流场中的流体直接接触，与流体热交换，作为敏感元件；另一片镍箔安装在聚酰亚胺薄膜另一侧的对应位置，作为敏感元件的衬底，使用此传感器进行壁面剪应力测量时，通过粘合剂将传感器粘贴在壁面，采用测量通过镍箔的电流和镍箔两端的电压，计算出该元件的发热功率，从而计算出传感器位置处的切应力，虽然此测量方法无需对传感器进行标定，但是此测量方法仍存在一些问题，测量时需要通过粘合剂将传感器贴合在壁面再进行测量，如果在测量完成后需要对另一位置处壁面的剪应力测量时，必须先将传感器从壁面撕下后再粘贴到该待测位置才能进行测量，测量过程较为复杂，而且在撕下的过程中容易造成对传感器的损坏，导致测量过程无法进行。

发明内容

[0005] 为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种壁面剪应力测量方法。

[0006] 本发明的一个目的在于提供了一种平行阵列热线探头，包括绝缘基底，其上设有通风槽；

[0007] 第一热敏元件，其两端分别固设于所述绝缘基底上，所述第一热敏元件横跨所述通风槽；

[0008] 第二热敏元件，其与所述第一热敏元件平行间隔设置，所述第二热敏元件两端分别固设于所述绝缘基底上，且横跨所述通风槽。

[0009] 优选地，所述平行阵列热线探头，还包括

[0010] 第一覆铜导线，固定在所述绝缘基底表面，其一端与所述第一热敏元件连接，另一端连接有第一导电接头；

[0011] 第二覆铜导线，固定在所述绝缘基底表面，与所述第一覆铜导线平行间隔设置，其一端与所述第二热敏元件连接，另一端连接有第二导电接头；

[0012] 所述第一导电接头和第二导电接头平行间隔设置。

[0013] 本发明的另一个目的在于提供了一种壁面剪应力测量方法，包括如下步骤：

[0014] S1：开启上位机，在上位机设定测量任务；

[0015] S2：准备待测件，设定来流速度；

[0016] S3：将平行阵列热线探头与热线风速仪组装连接，并将平行阵列热线探头搭载固定在机械臂上，对热线风速仪进行标定；

[0017] S4：标定完成后，控制机械臂将所述平行阵列热线探头沿着所述待测件的壁面的法向方向移动至待测点位置；

[0018] S5：判断所述平行阵列热线探头与壁面的距离是否满足预设要求；

[0019] S6：若所述平行阵列热线探头与壁面的距离满足预设要求，则热线风速仪对待测点位置处流场速度进行测量，得到流场中距离壁面不同高度的两个位置的速度信号；

[0020] S7：上位机对所述速度信号进行处理，得到测点处的剪应力大小。

[0021] 优选地，在所述步骤S1中，所述上位机的测量任务包括测点位置分布和采样频率。

[0022] 优选地，在S4步骤中，先对所述壁面的法向进行定位。

[0023] 优选地，在S5步骤中，采用姿态位置传感器实时监控所述平行阵列热线探头与壁面的距离信号和姿态信号；

[0024] 判断所述平行阵列热线探头与所述壁面的距离是否满足预设要求；

[0025] 若不满足，则通过上位机控制机械臂进行调整使得所述平行阵列热线探头与壁面的距离满足预设要求。

[0026] 优选地，先预估待测件近壁区粘性底层的厚度，并在上位机中设定测量时平行阵列热线探头与壁面的距离的预设要求，所述预设要求满足如下条件：h＜H－d，其中h为壁面与所述平行阵列热线探头的距离，H为近壁区粘性底层的厚度，根据来流速度和待测件尺寸进行预估，d为第一热敏元件与第二热敏元件的间隔。

[0027] 所述待测件近壁区的粘性底层的厚度H满足以下计算公式：

[0028] H＝33.3(μ/ρ)7/8(δ)1/8U-7/8

[0029] 其中μ、ρ分别为流体介质的动力粘度系数和密度；U为自由来流速度，δ为平板湍流边界层厚度。

[0030] 优选地，S7步骤中得到测点处的剪应力大小应满足以下公式：

[0031] τw＝μ(U2-U1)/d；

[0032] 其中μ表示流体介质的动力粘度系数，U1和U2分别表示的是第一热敏元件和第二热敏元件距离壁面距离处的速度，d表示的是第一热敏元件与第二热敏元件的距离。

[0033] 优选地，在S7步骤之后，还包括以下步骤：

[0034] S8：转移测量位置，重复步骤S5－S7。

[0035] 本发明技术方案，具有如下优点：

[0036] 1.本发明提供的平行阵列热线探头，采用两根共线间隔布置的热敏元件构成，两根热敏元件的两端分别固定在基底上并且横跨基底的通风槽，由于两根热敏元件共线间隔布置，采用此结构的热线探头进行近壁区风速测量时，两根热敏元件距离壁面的高度不同，可以一次性完成近壁区距离壁面不同高度的两个位置的风速，从而计算出壁面的剪应力大小，结构简单，测量效率更高。

[0037] 2.本发明提供的壁面剪应力测量方法，将上述平行阵列热线探头连接在热线风速仪上，对壁面剪应力进行测量，由于探头平行间隔设置，两个热敏元件距离壁面的距离不同，可以分别测量得到距离壁面不同位置的两个地方的速度，通过测量的速度来计算出壁面剪应力大小，减少了测量步骤，提高了测量效率；同时配备有此结构的平行阵列热线探头的热线风速仪频率达到50KHz，频率较高，动态响应快，可以获得壁面剪应力的动态时序信息，有利于后续减阻控制，尽可能的抑制大剪应力的流动结构的生成，促进小剪应力流动结构的形成。

[0038] 3.本发明提供的壁面剪应力测量方法，采用机械臂搭载平行阵列热线探头，可以实现在壁面不同位置进行快速移动，很好的解决了壁面不同位置剪应力的测量需求。

附图说明

[0039] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0040] 图1为本发明实施例2中的壁面剪应力测量方法的流程图；

[0041] 图2为本发明实施例2中的壁面剪应力测量方法的测量原理示意图；

[0042] 图3(a)为本发明实施例1中的壁面剪应力测量方法的平行阵列热线探头的结构示意图；图3(b)为本发明实施例中的壁面剪应力测量方法的平行阵列热线探头的安装方向结构图及局部放大图；

[0043] 图4为本发明实施例2中的曲面壁面法向定位的操作示意图；

[0044] 图5为本发明实施例2中的曲面壁面法向定位的原理示意图；

[0045] 图6(a)为本发明实施例2中的壁面法向定位的相机获取的原图；图6(b)为本发明实施例2中的壁面法向定位的相机获取的原图经二值化处理后的图像；

[0046] 图7为本发明实施例2中的壁面法向定位的相机获取的原图经二值化处理后的图像找出中心线的结构示意图；

[0047] 图8为本发明实施例中的热线风速仪的采样频率为1KHz时1s内的剪应力与时间的关系图。

[0048] 附图标记说明：

[0049] 1、平行阵列热线探头；1－1、第一相机；1－2、第二相机；11、绝缘基底；12、第一热敏元件；13、第二热敏元件；141、第一覆铜导线；142、第二覆铜导线；151、第一导电接头；152、第二导电接头；16、通风槽；

[0050] 2、姿态位置传感器；

[0051] 3、机械臂；

[0052] 4、机械臂控制驱动器；

[0053] 5、热线调理放大电路；

[0054] 6、上位机。

具体实施方式

[0055] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0056] 实施例1

[0057] 本实施例的平行阵列热线探头，如图3所示，包括绝缘基底11、第一热敏元件12和第二热敏元件13，其中绝缘基底11呈大致凹字型结构，一端也即靠近壁面的一端(如图3(a)所示的左端)开设有通风槽16，第一热敏元件12和第二热敏元件13共线间隔排布设置，间距为d，第一热敏元件12和第二热敏元件13的两端均固定在绝缘基底11上且均横跨通风槽16；第一热敏元件12和第二热敏元件13均为铂丝、热电偶或其他热敏电阻器，具体不做限定；第一热敏元件12的两端分别连接有第一覆铜导线141，两根第一覆铜导线141对称布置在通风槽16两端且第一覆铜导线141的另一端连接有第一导电接头151；第二热敏元件13的两端分别连接有第二覆铜导线142，两根第二覆铜导线142对称设置在通风槽16的两端且与第一覆铜导线141平行间隔设置，第二覆铜导线142的另一端连接有第二导电接头152；第一热敏元件12通过第一覆铜导线141和第一导电接头151与热线风速仪连接，第二热敏元件13通过第二覆铜导线142和第二导电接头152与热线风速仪连接；第一覆铜导线141和第二覆铜导线
142均呈L字型结构；绝缘基底11为绝缘膜，包括但不限于聚酰亚胺薄膜。本实施例的热线共线阵列探头跟现有的恒温式热线探头的工作原理类似，即在热敏元件的两端加载电压，使热敏元件的温度维持在250℃，当流场的气流与热敏元件发生热交换时，会使热敏元件的温度降低，此时为了保证热敏元件的温度250℃，热敏元件两端的电压会变大，外围的电路通过检测热敏元件两端的电压，获知流场的速度变化。现有的采用单丝的热线探头，测量壁面近壁区的流速时一次只能测量一个位置点的流速，因此只能测得剪应力的平均值；本实施例采用平行阵列结构的热线探头，两个平行的热敏元件独立平行排布，可以一次性同时测量两个不同位置的速度，测量效率高；一次性同时测量距离壁面不同高度的两个不同位置的风速，从而得到该壁面的剪应力大小，误差更小，准确度更高。

[0058] 本实施例的平行阵列热线探头采用微机电加工技术，尺寸较小，在测量时两根平行的热敏元件能够全部处在粘性底层，测量的都是粘性底层的风速，而且尺寸较小也能减小对流场的干扰；第一热敏元件12和第二热敏元件13的间隔d在0.1mm以内。

[0059] 实施例2

[0060] 本实施例的壁面剪应力测量方法，如图1至图8所示，包括如下步骤：

[0061] S1：开启上位机6，在上位机6设定测量任务；

[0062] 上位机6的测量任务包括待测点位置分布和采样频率，本发明的热线测速仪的采样频率最高为50KHz，采样频率越高，采集的数据点值越大；采样频率可以根据需求进行选择，比如采用1KHz的采用频率。

[0063] S2：准备待测件，设定来流速度，来流速度方向与待测件壁面所在的平面共线；

[0064] 如图2和图3所示，来流方向与待测件壁面所在的平面共线；并且来流水平射向平行阵列热线探头1，由通风槽16穿过。

[0065] S3：将实施例1中的平行阵列热线探头1与热线风速仪组装连接，并将平行阵列热线探头1搭载固定在机械臂3上，对热线风速仪进行标定；

[0066] 热线风速仪与上位机6连接，平行阵列热线探头1通过导电接头15与热线风速仪实现连接，将平行阵列热线探头1安装固定在机械臂3上，机械臂3由机械臂控制驱动器4驱动，机械臂控制驱动器4与上位机6电连接，平行阵列热线探头1通过热线调理放大电路5与上位机6电连接，从第一热敏元件12和第二热敏元件13输出的电信号，经热线调理放大电路5传送给上位机6，由上位机6完成数据处理；测量时上位机6控制机械臂控制驱动器4驱动机械臂3带动平行阵列热线探头1按照上位机6的设定移动到待采样位置处，使得平行阵列热线探头1的两根平行的热敏元件均位于粘性底层中，进行风速测量；需要测量其他位置点的风速时，只需要通过上位机6控制机械臂控制驱动器4驱动机械臂3动作，带动平行阵列热线探头1移动到待测点即可，可以实现壁面不同位置的快速移动测量，测量效率更高。

[0067] 为了保证热线风速仪的灵敏度和准确度，在使用前有必要对热线风速仪进行标定(自校准)，为了使标定前热线风速仪的热线探头的工作特性和实测状态的工作特性一致，需要对平行阵列热线探头进行预处理，将平行阵列热线探头1置于实测的已知气流场(测量过程中待测件所处的气流场)中，利用已知风速(测量过程中待测件所处的气流场的风速)的射流吹平行阵列热线探头1，使得平行阵列热线探头的特性基本稳定。

[0068] 热线风速仪的标定(自校准)根据King公式的原理：

[0069] E2＝A+BUn；

[0070] 其中A和B均为常数，由敏元件本身而定；E为热敏元件的电压；U为风速。

[0071] 利用标准风洞，标准测速装置等测试设备测出三种稳态流动时的E(E0、E1、E2)和u1、u2，然后根据下式求出n值：

[0072]

[0073] 由此可以建立电压(E)与速度(U)之间的关系式：

[0074]

[0075] 将平行阵列热线探头1放置在流场中，根据加载在两根热敏元件两端的电压E，便可以获知流场的风速U。

[0076] S4：标定完成后，上位机6控制机械臂控制驱动器4驱动机械臂3将平行阵列热线探头1沿着壁面的法向方向朝向壁面移动至待测点位置；通风槽16正对来流方向，如图2所示；

[0077] 由于测量时，平行阵列热线探头是沿着壁面的法向方向的，因此在测量时需要对壁面的法向进行定位；对于待测件壁面为平面时可以采用现有的常规方法进行法向定位，如采用测距仪进行定位，方便简单有快速高效；但对于待测件的壁面为曲面时，利用常规方法对曲面壁面的法向定位就显得很难，当然借助于测距仪进行定位也可以，当然其他定位方法也可以，在此不做具体限定，需要说明的是，本发明针对于壁面为曲面的法向定位方法采用的是本发明人经过创造性劳动得到的探头与壁面非接触的定位方法，在定位过程中探头与壁面不接触，不会造成探头的损坏，如图7和图8所示，具体方法步骤如下：

[0078] S41：在平行阵列热线探头1的上端同一平面布置有两台相机，为了便于描述，将两台相机分别表述为第一相机1－1和第二相机1－2，如图4所示，使得相机与平行阵列热线探头1固连并随动，其中第一相机1－1和第二相机1－2在壁面的投影的轴线的夹角呈90°，如图4右侧图所示；

[0079] S42：对两台相机进行聚焦，使得平行阵列热线探头1的顶端在相机中成像，对图像进行尺寸标定；

[0080] S43：移动平行阵列热线探头1至近壁区，使得平行阵列热线探头1在壁面形成镜像，第一相机1－1和第二相机1－2获取平行阵列热线探头1与其镜像的图像，利用图像边界识别技术处理图像，找出平行阵列热线探头1的中心线和其镜像的中心线；

[0081] S44：判断平行阵列热线探头1的中心线和其镜像的中心线是否共线；

[0082] S45：若平行阵列热线探头1的中心线和其镜像的中心线不共线，则调整平行阵列热线探头1的进给方向，直至平行阵列热线探头1的中心线和其镜像的中心线共线。

[0083] 为了减小对流场的干扰，相机的选择应该尺寸尽量小，具体尺寸不做限定，本领域技术人员可以根据实际需求进行选择。

[0084] 第一相机1－1和第二相机1－2的设置在于可以保证两个不同位置的角度都垂直，确保在三维空间中垂直了，如果只设置一台相机只能保证一个方向垂直，无法实现整体垂直；第一相机1－1和第二相机1－2在壁面的投影的中心轴线的夹角呈90°，此设置可以保证无死角。

[0085] 相机的标定采用相机自标定法标定，依据选择的相机而定，在此不做描述和限定。对图像尺寸的标定的目的在于确定图像的像素的对应的物理尺寸。图像尺寸的标定是通过相机把带有边缘位置信息或尺寸信息的光学信号转化为视频信号，经图像处理电路送入上位机6处理，建立数字图像像素与实际尺寸的对应关系，具体的方式：如1cm长的物体成像后，占用了100个像素，则一个像素的物理尺寸即为：1/100cm。

[0086] 经过尺寸标定后的相机获取的平行阵列热线探头1和其镜像的原始图像(如图6(a))，图像中横坐标和纵坐标的单位均为像素；通过上位机6利用图像识别技术处理相机获取的图像进行二值化处理，得到平行阵列热线探头1及其镜像的平面像素坐标图像(如图6(b))，图像中横坐标和纵坐标均为像素；如图7所示，利用坐标系找出二值化后的图像中平行阵列热线探头1的中心线l1(如图7中直线)及其镜像的中心线l2(如图7中直线)；通过判断中心线l1和中心线l2的夹角是否为180°，确定中心线l1和中心线l2共线，从而实现曲面壁面的法向定位；而判断两条直线是否共线，最简单的做法可以通过斜率比较法来判断；如果两中心线的斜率大小相等，也即两中心线的夹角为180°时，则可确定两直线共线；当采用斜率法得到中心线l1和中心线l2的夹角为180°时，即可确定两中心线是平行或者共线的，反之亦然；当中心线l1和中心线l2的夹角不等于180°时，即可确定两中心线相交、不共线，反之亦然；当通过斜率比较法得出中心线l1和中心线l2的斜率相等，即可得出两中心线的夹角等于180°，两中心线平行，进一步由镜面成像原理和特性可知两中心线是共线的，两中心线共线时，平行阵列热线探头1是处于壁面的法向上的，也即确定了曲面壁面的法向，实现了法向定位；如果得到的两中心线的斜率不相等，也即中心线l1和中心线l2的夹角不等于180°，两中心线不共线，此时需要上位机6便会控制机械臂控制驱动器4驱动机械臂3调整平行阵列热线探头1的方向，直至中心线l1和中心线l2共线，也即夹角等于180°为止。

[0087] 采用本发明的平行阵列热线探头1测量壁面剪应力时可以获得剪应力的时序信息，比如设置采样频率为1KHz，获得的壁面剪应力1s内随时间的变化关系如图8所示；由于壁面剪应力大小与壁面近壁区的流体的流动形态有关，因此，壁面剪应力随时间是变化的；因此，得到的剪应力随时间是变化的。通过测得剪应力大小随时间变化的时序信息的目的在于，在获得近壁区剪应力的时序信息后可以将时序信息关联近壁区的流动结构信息，有利于减阻控制，尽可能的抑制大剪应力的流动结构的生成，促进小剪应力流动结构的形成。

[0088] S5：判断平行阵列热线探头1与壁面的距离是否满足预设要求；

[0089] 姿态位置传感器2与上位机6信号连接，测量过程中采用姿态位置传感器2实时监控平行阵列热线探头1与壁面的距离信号和姿态信号；

[0090] 上位机6接收并处理姿态位置传感器2监控得到的平行阵列热线探头1与壁面的距离信号和姿态信号，从而判断平行阵列热线探头1与壁面的距离是否满足预设要求；预设要求为测量前在上位机6中设定，测量过程中根据姿态位置传感器2获取的平行阵列热线探头1的距离信号与预设要求进行比较，若满足预设要求则进行剪应力测量工序；若平行阵列热线探头1的顶端距离壁面的距离不满足预设要求，则上位机6控制机械臂控制驱动器4驱动机械臂3进行调整，带动平行阵列热线探头1沿壁面的法向方向进给至近壁区的粘性底层，使得平行阵列热线探头1与壁面的距离满足预设要求为止；

[0091] 壁面与平行阵列热线探头1的距离的预设要求应满足如下条件：h＜H－d，其中h为壁面与平行阵列热线探头1的距离，H为近壁区粘性底层的厚度，d为第一热敏元件12与第二热敏元件13的间隔。预估近壁区的粘性底层的厚度的目的在于测量时需要将两根热敏元件全部置于近壁区的粘性底层中。

[0092] 根据待测件的来流速度和尺寸进行预估壁面近壁区的粘性底层的厚度H，壁面因为边界层的速度型受壁面的形状的影响，故预估粘性底层的厚度可以采用平板边界层的经验公式近似：

[0093] 1)平板湍流边界层厚度的厚度：δ≈0.37d/(Re)1/5，其中d为雷诺数Re的特征长度；

[0094] 2)粘性底层的厚度H为：

[0095] H＝33.3(μ/ρ)7/8(δ)1/8U-7/8；

[0096] 其中μ、ρ分别为流体介质的动力粘度系数和密度，U为自由来流速度；

[0097] S6：若平行阵列热线探头1与壁面的距离满足预设要求，则热线风速仪对待测点位置处流场速度进行测量，得到流场中距离壁面不同高度的两个位置的速度信号，具体为在平行阵列热线探头1的两根共线的第一热敏元件12和第二热敏元件13的两端分别加载电压，使得第一热敏元件12和第二热敏元件13的温度维持在250℃；当平行阵列热线探头1处于壁面近壁区的粘性底层中的待测点位置时，受流场的影响，热敏元件与气流发生热交换，分别测得加载在距离壁面不同高度的位置点处的第一热敏元件12和第二热敏元件13两端的电压值，再通过上述建立的电压与来流速度的关系，通过上位机6处理计算得出两个位置点的速度分别为U1和U2；

[0098] S7：上位机6对速度信号进行处理，得到测点处的剪应力大小τw。

[0099] 由本发明的平行阵列热线探头1测得的壁面剪应力大小应满足以下公式：

[0100] τw＝μ(U2-U1)/d；

[0101] 其中μ表示流体介质的动力粘度系数，U1代表的是第一热敏元件12测得位置的速度，U2测得的是第二热敏元件13位置处的速度，d表示的是第一热敏元件12与第二热敏元件13的距离。

[0102] 在速度边界层的粘性底层中，因脉动流速很小，由脉动流速产生的附加剪应力也很小，在粘性底层粘滞剪应力起主导作用，粘性底层中的速度与壁面距离是呈线性分布的，其斜率(U2－U1)/d与动力粘度系数μ的乘积即为剪应力。

[0103] S8：测量结束后，上位机6控制机械臂控制驱动器4驱动机械臂3带动平行阵列热线探头1转移到下一个待测点位置，重复上述步骤，测得下一个待测点位置的壁面剪应力。

[0104] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。