热工测量及自动调节7第七章 流速测量

第七章流速测量 流速的测量方法机械方法散热率法动力测压法激光测速法 一 机械方法测量流速 机械方法测量流速是根据置于流体中的叶轮的旋转角速度与流体的流速成正比的原理来进行流速测量的 机械式风速仪是利用叶轮测量流速的实例翼型和杯型 机械式风速仪可用来测定仪表所在位置的气流速度 也可用于大型管道中气流的速度场 尤其适用于相对湿度较大的气流速度的测定 二 散热率法测量流速 散热率法测量流速的原理 是将发热的测速传感器置于被测流体中 利用发热的测速传感器的散热率与流体流速成比例的特点 通过测定传感器的散热率来获得流体的流速 卡他温度计 热线风速仪是利用被加热的金属丝的热量损失来测量气体流速的 流体速度是流过热线的电流和热线电阻 热线温度 的函数 1 恒流型热线风速仪如果在热线工作过程中 人为地用一恒值电流对热线加热 由于流体对热线对流冷却 且冷却能力随着流速的增大而加强 当流速呈稳态时 则可根据热线电阻值的大小确定流体的速度 电路简单 2 恒温型热线风速仪如果在热线工作过程中 始终保持热线的温度不变 则可通过测得流经热线的电流值来确定流体的速度 在实际测量电路中 测量的不是流经电路的电流 而是惠斯顿电桥的桥顶电压 克英公式 E2 A Bun 三 动力测压法测量流速 在静止气体中 由于不存在切向力 故这个力与所取面积的方向无关 称为静压力 对于运动流体而言 静压可用垂直于流体运动方向单位面积上的作用力来衡量 总压力是指流体在某点速度等熵滞止到零时所达到的压力 临界点滞止压力是指在没有外力的作用下 流体速度绝热地减速到零时所产生的压力 此时 流体的全部动能全部绝热地转变成压力能 总压与静压之差称为动压 应用动力测压法测量流速的压力感受元件为测压管伯努利方程式 不可压缩流体 可压缩气体 测压管的使用上限不超过相当于马赫数为0 25时的流速测压管的使用下限为被测量的流速在全压孔直径上的雷诺数需超过200 测压差的方法 1 利用总压管 静压管 分别测量流体的总压和静压 以确定流体速度 2 利用专门设计的复合测压管 同时测量流体的总压和静压 或两者之差 以确定流体速度 由测压管 连接管和显示或记录仪表三部分组成的测压系统 就可以测量流体的流速 1 流体总压 静压的测量 1 流体总压测量与测压管测量流体总压的总压管在使用时 其感压孔轴线应对准来流方向 希望总压管对流动方向越不敏感越好 L形总压管 制造容易 使用安装方便 它对流动偏斜角的灵敏性取决于压力孔直径与管子外径之比以及总压管头部的形状 圆柱形总压管 可以制作得很小 惯性不大 工艺性好 制造容易 使用方便 套管式总压管 在马赫数变化较大范围内 它对流动偏斜角的不灵敏度达到 40 50 2 流体的静压测量与测压管 测量被绕流体表面上某点的压力或流道壁面上流体的压力这时可利用在通道壁面或绕流物体表面开静压孔的方法进行测量 确定流场中某点的压力 也就是运动流体的压力 这时可以利用尺寸较小具有一定形状的测压管插入流体中 进行流体压力测量 L形静压管 盘形静压管 套管形静压管需要测量平直流道内的流体静压时可采用在流道壁面开静压孔的方法来测量 2 毕托管 分别采用总压管和静压管测得流体的总压和静压 然后利用公式计算得到流体速度 缺点 不能同时测得某一点的流体的总压和静压 可同时测得流体总压和静压之差的复合测压管称为毕托管 动压管 速度探针 特点 结构简单 使用 制造方便 价格便宜 坚固可靠 精度高 毕托管测量的是空间某点处的平均速度 它的头部尺寸决定了它的空间分辨率根据所测量的流体性质 将毕托管设计成不同的形状 常用的有L形和T形 1 L形毕托管 2 T形毕托管 3 流动方向的测量与复合测压管 能同时测出流体的总压及流速的大小和方向的测压管称为复合测压管在平面流场的测量中 常用二元复合测压管测量流体的总压 静压及流速的大小和方向 圆柱形 管束形和楔形 测量流体总压 测量流动方向 测量空间流动速度的大小和方向及流体的压力 常用球形五孔三元测压管 管束形五孔三元测压管和楔形五孔三元测压管 第二节流速测量仪表的标定 在校正风洞中用比较法进行标定 它将被标定的仪表测得的数据与标准仪表测得的数据相比较 就可得出被标定的仪表的修正系数或特性曲线 一 热线风速仪的标定 热线风速仪的标定的是热线风速仪测头的输出电压与流体速度的真实响应关系 标定的方法是在校正风洞中或其他已知流体流动速度的流场中 对应地在热线风速仪上读出电压E值 做出E u标定曲线 二 测压管的标定 测压管标定的主要目的是为了确定测压管的校正系数 方向特性 速度特性等内容 1 总压管的标定总压管要标定的是总压管的校正系数以及在不同流速时 总压管对流动偏斜角的不灵敏性 2 静压管的标定静压管要标定的是 静压管在零偏斜角时 静压管的校正系数或速度特性 以鉴定静压孔对气流静压的感受能