Use of the Hot Wire Anemometry for Velocity and Temperature Measurements in a Turbomachine

(Received 4 February 1994, revised 31 May 1995, accepted 9 June 1995)

Abstract
The hot film anemometry in a highly heterogeneous unsteady flow is a quite complex measurement technique. The velocity is determined from the heat flux measurement. The part of the signal related to velocity must be kept apart from one related to temperature and to pressure of flow. After a brief return to the principle of hot wire anemometry and the different heat transfer models between hot wire and flow, an experimentally established heat flux expression is presented. This study was achieved in view to measure the instantaneous velocity fields between blade rows of a low speed axial compressor by means of a crossed hot film probe. In such a turbomachine, the flow is highly tri-dimensional and unsteady. Although compressor rotating speed is relatively low (4500 rpm), the spatio-temporal fluctuations of flow temperature are not negligible. Knowledge of temperature is then an important objective, for itself on the one hand, and by its influence on the measurement of velocity on the other hand. The simultaneous measurement of these two parameters would then be a quite interesting solution. For this purpose, an original apparatus including a standard model constant temperature anemometer has been set out. Its main advantage is to require only the use of an external small cabinet which commutes the probe overheat temperature. System utilisation limits, especially in frequency have been brought to the fore. The operating method and achieved results obtained in 1 compressor are presented in this paper.

Résumé
L'anémométrie à film chaud dans un écoulement instationnaire fortement hétérogène est une technique de mesure assez complexe. La vitesse est déterminée à partir de la mesure d'un flux de chaleur. La partie du signal concernant la vitesse doit être séparée de celle relative à la température et éventuellement la pression de l'écoulement. Après avoir rappelé le principe de l'anémométrie à fil chaud et les différents modèles d'échanges de chaleur entre un fil et un écoulement, on présente une formulation du flux de chaleur établie expérimentalement. Ce travail a été réalisé en vue de mesurer les champs de vitesse instantanée entre les rangées d'aubages fixes et mobiles d'un compresseur axial basse vitesse au moyen d'une sonde à deux films chauds croisés. Dans une telle machine, l'écoulement est fortement tridimensionnel et instationnaire. Bien que la vitesse de rotation du compresseur soit relativement faible (4500 tr/min), les fluctuations spatiales et temporelles de la température de l'écoulement ne sont pas négligeables. La connaissance de la température est donc un objectif important en elle même d'une part, et par son influence sur la mesure de la vitesse d'autre part. La mesure simultanée de ces deux paramètres serait donc une solution assez intéressante. A cet effet, un dispositif original utilisant un anémomètre à température constante d'un modèle standard, permettant cependant la commutation de la température de surchauffe de la sonde, a été mis en oeuvre. Son principal avantage est de ne nécessiter que l'ajout d'un boîtier externe. Les limites d'utilisation du système, en fréquence notamment, ont été mises en évidence. Cette méthode de mesure a été utilisée pour explorer l'écoulement entre les rangées d'aubages dans un étage du compresseur. Le mode d'opération et les résultats obtenus sont présentés dans cet article.