热工测试河南农业大学学习教案

1、会计学1热工测试热工测试(csh)河南农业大学河南农业大学第一页，共69页。第1页/共69页第二页，共69页。第2页/共69页第三页，共69页。第3页/共69页第四页，共69页。第4页/共69页第五页，共69页。2022-6-196第5页/共69页第六页，共69页。大小大小(dxi(dxio)o)方向方向分别分别(fnbi)(fnbi)测总压和静压测总压和静压直接测总压和静压之差直接测总压和静压之差代入代入伯努利方程伯努利方程：方向探针：方向探针二元方向探针二元方向探针三元方向探针三元方向探针（复合探针）（复合探针）2022-6-197第6页/共69页第七页，共69页。2022-6-198第7

2、页/共69页第八页，共69页。直接测量法：测出某段时间间隔内流体直接测量法：测出某段时间间隔内流体通过通过 的总量，然后求出单位时间内的总量，然后求出单位时间内 的平均的平均(pngjn)(pngjn)流量。流量。间接测量法：测出与流量有关的物理量，间接测量法：测出与流量有关的物理量，然然 后用相应的公式计算出流量。后用相应的公式计算出流量。 （应用较广）（应用较广）2022-6-199第8页/共69页第九页，共69页。2022-6-1910第9页/共69页第十页，共69页。2022-6-1911第10页/共69页第十一页，共69页。第一节第一节 流体速度大小流体速度大小(dxio)(dxio

3、)的的测量测量或单独或单独(dnd)的总压和静压，可采用三种的总压和静压，可采用三种不同的方法：不同的方法： 利用壁面开孔测静压，用总压探针测总压，如图利用壁面开孔测静压，用总压探针测总压，如图4-14-1，进而求出，进而求出 压差；压差； 利用静压探针测静压，用总压利用静压探针测静压，用总压 探针测总压；探针测总压； 利用速度探针测总压与静压之差。利用速度探针测总压与静压之差。图图1 压差测量示意图压差测量示意图2022-6-19第11页/共69页第十二页，共69页。第一节第一节 流体速度流体速度(sd)(sd)大小的测大小的测量量2022-6-1913第12页/共69页第十三页，共69页。

4、图图4-2 L4-2 L形速度探针的几何形速度探针的几何(j h)(j h)关系关系0.3d2022-6-1914第13页/共69页第十四页，共69页。图图4-3 4-3 流向流向(li xin(li xin) )偏斜角偏斜角的影响的影响2022-6-1915第14页/共69页第十五页，共69页。式中：式中：,分别分别(fnbi)为为分别分别(fnbi)为为时总压孔与静压孔的测量值；时总压孔与静压孔的测量值；时总压孔与静压孔的测量值；时总压孔与静压孔的测量值；2022-6-1916第15页/共69页第十六页，共69页。0，压力，压力(yl)系数系数。2022-6-1917第16页/共69页第十

5、七页，共69页。其中，速度探针其中，速度探针(tn zhn)校正系数校正系数由实验由实验(shyn)确定：确定：与探针头部形状、静压孔的位置以及感受部分的加工精度等有关。与探针头部形状、静压孔的位置以及感受部分的加工精度等有关。2022-6-1918第17页/共69页第十八页，共69页。图图4-4 4-4 笛形管探针笛形管探针(tn zhn)(tn zhn)示意图示意图2022-6-1919第18页/共69页第十九页，共69页。2022-6-1920第19页/共69页第二十页，共69页。图图4-5 4-5 三种三种(sn zhn(sn zhn) )测高含尘浓度气流的动压管测高含尘浓度气流的动压

6、管吸气吸气(x q)(x q)式式遮板式遮板式(bnsh)(bnsh)背靠式背靠式2022-6-1921第20页/共69页第二十一页，共69页。二、可压缩性对气流速度测量的影响二、可压缩性对气流速度测量的影响 在高速气流中，必须考虑影响气体在高速气流中，必须考虑影响气体(qt)(qt)密度的压力绝对值密度的压力绝对值，因为气流速度的变化会引起压力变化。，因为气流速度的变化会引起压力变化。 等熵流动的可压缩性气体等熵流动的可压缩性气体(qt)(qt)的伯努利方程为：的伯努利方程为：代入等熵流动代入等熵流动(lidng)(lidng)的过程方程式：的过程方程式：2022-6-1922第21页/共6

7、9页第二十二页，共69页。式中，式中，k是气体是气体(qt)的等熵指数，对于空气，的等熵指数，对于空气，k=1.4.引入马赫数引入马赫数Ma, Ma, 可得速度可得速度c c与压差与压差(y ch)(y ch)的函数关系，即的函数关系，即2022-6-1923第22页/共69页第二十三页，共69页。把上式用牛顿二项式展开把上式用牛顿二项式展开(zhn ki)(zhn ki)，并写成压差形式：，并写成压差形式：考虑考虑(kol)(kol)可压缩性时，气流速度的公式为：可压缩性时，气流速度的公式为：式中，式中，是对可压缩性的修正是对可压缩性的修正(xizhng)(xizhng)系数，它与系数，它与

8、MaMa有关。有关。2022-6-1924第23页/共69页第二十四页，共69页。表表4-14-1关系关系(gun x)(gun x)Ma0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.00250.010.02250.040.06250.090.1280.1730.2190.2752022-6-1925第24页/共69页第二十五页，共69页。可压缩性气流速度公式的三种近似关系可压缩性气流速度公式的三种近似关系(gun x)(gun x)：第一种情况，第一种情况，第二种情况第二种情况(qngkung)(qngkung)，第三种情况第三种情况(qngkung)(qngkung)，（

9、a）（b）（c）2022-6-1926第25页/共69页第二十六页，共69页。图图4-64-6 的近似值与精确的近似值与精确(jngqu)(jngqu)值之比随值之比随MaMa的变化的变化11式（式（a a）曲线）曲线(qxin)(qxin)， 2 2式（式（b b）曲线）曲线(qxin), 3(qxin), 3式（式（c c）曲线）曲线(qxin)(qxin)2022-6-1927第26页/共69页第二十七页，共69页。第二节第二节 二维流场中流动方向二维流场中流动方向(fngxing)(fngxing)的的测量测量2022-6-1928第27页/共69页第二十八页，共69页。图图4-7 4

10、-7 方向方向(fngxing)(fngxing)探针探针2022-6-1929第28页/共69页第二十九页，共69页。方向方向(fngxing)测测量方法量方法对向测量：使探针绕其本身的轴转动，当两测孔所指示对向测量：使探针绕其本身的轴转动，当两测孔所指示 的压力相等时，两孔的对称中心就与流动方的压力相等时，两孔的对称中心就与流动方 向一致。这时相对于一定向一致。这时相对于一定(ydng)的参的参 考方向考方向（初（初 始位置）就可以决定流动方向角。始位置）就可以决定流动方向角。不对向测量：将两孔的对称轴固定在某一参考方向，测量不对向测量：将两孔的对称轴固定在某一参考方向，测量 两孔的压力差

11、，根据校正曲线（两孔压差两孔的压力差，根据校正曲线（两孔压差与与 流动流动(lidng)方向的关系）确定流体流方向的关系）确定流体流向。向。2022-6-1930第29页/共69页第三十页，共69页。图图4-8 4-8 方向方向(fngxing)(fngxing)探针中的参数探针中的参数- - 速度的平面速度的平面(pngmin)(pngmin)流向角，即速度流向角，即速度c c 在在xyxy平面平面(pngmin)(pngmin)内的投内的投 影与影与x x轴的夹角；轴的夹角；- - 校正角，即探针的几何轴线校正角，即探针的几何轴线x x与空气动力轴线与空气动力轴线 之间的夹角；之间的夹角；

12、2022-6-1931第30页/共69页第三十一页，共69页。2022-6-1932第31页/共69页第三十二页，共69页。图图4-9 L4-9 L形和形和U U形方向形方向(fngxing)(fngxing)探针探针2022-6-1933第32页/共69页第三十三页，共69页。图图4-10 4-10 圆柱形三孔式探针圆柱形三孔式探针(tn zhn)(tn zhn)2022-6-1934第33页/共69页第三十四页，共69页。图图11 11 流体流体(lit)(lit)对圆柱体绕流对圆柱体绕流其中其中(qzhng)K0是探针中孔的校正系数。是探针中孔的校正系数。侧孔压力为：侧孔压力为：其中其中

13、K1是探针一个侧孔的校正系数。是探针一个侧孔的校正系数。2022-6-1935第34页/共69页第三十五页，共69页。2/202cKpps将将代入代入流体速度流体速度(sd)大小为大小为2022-6-1936第35页/共69页第三十六页，共69页。2022-6-1937第36页/共69页第三十七页，共69页。2022-6-1938第37页/共69页第三十八页，共69页。图图11 11 流体流体(lit)(lit)对圆柱体绕流对圆柱体绕流代入位流绕圆柱体代入位流绕圆柱体流动流动(lidng)的伯努利方程的伯努利方程（d）2022-6-1939第38页/共69页第三十九页，共69页。又因又因，将其

14、代入式（，将其代入式（d d），并变换），并变换(binhun)(binhun)可得流体总压、静压可得流体总压、静压以及代表速度特性以及代表速度特性(txng)(txng)的的ps/p0ps/p0与与、p1p1、p2p2、p3p3的函数关系：的函数关系：2022-6-1940第39页/共69页第四十页，共69页。2022-6-1941第40页/共69页第四十一页，共69页。2022-6-1942第41页/共69页第四十二页，共69页。图图12 12 方向方向(fngxing)(fngxing)特性曲线特性曲线图图13 13 速度速度(sd)(sd)特性特性2022-6-1943第42页/共69

15、页第四十三页，共69页。图图13 13 总压特性总压特性(txng)(txng)2022-6-1944第43页/共69页第四十四页，共69页。2022-6-1945第44页/共69页第四十五页，共69页。式中，式中，k k 为等熵指数为等熵指数(zhsh)(zhsh)。2022-6-1946第45页/共69页第四十六页，共69页。2022-6-1947第46页/共69页第四十七页，共69页。第三节第三节 三维流场中流向三维流场中流向(li (li xinxin) )的测量的测量2022-6-1948第47页/共69页第四十八页，共69页。图图12 12 四孔圆柱探针四孔圆柱探针 结构结构(ji

16、gu)(jigu)示意示意2022-6-1949第48页/共69页第四十九页，共69页。图图13 13 Ma数校正曲线数校正曲线图图14 14 俯仰角、静压、总压校正曲线俯仰角、静压、总压校正曲线2022-6-1950第49页/共69页第五十页，共69页。总压和静压的计算总压和静压的计算(j sun)(j sun)式：式：p0=p1+p0r(p1-p2)ps=p1-psr(p1-p2)2022-6-1951第50页/共69页第五十一页，共69页。图图15 15 五孔球形探针五孔球形探针(tn zhn)(tn zhn)2022-6-1952第51页/共69页第五十二页，共69页。图图16 16

17、理想流体绕圆球流动理想流体绕圆球流动(lidng)(lidng)2022-6-1953第52页/共69页第五十三页，共69页。2022-6-1954第53页/共69页第五十四页，共69页。2022-6-1955第54页/共69页第五十五页，共69页。2022-6-1956第55页/共69页第五十六页，共69页。2022-6-1957第56页/共69页第五十七页，共69页。图图17 17 球形五孔探针球形五孔探针(tn zhn)(tn zhn)校正曲线校正曲线2022-6-1958第57页/共69页第五十八页，共69页。2022-6-1959第58页/共69页第五十九页，共69页。2022-6-

18、1960一、探头一、探头(tn tu)(tn tu)及其型式及其型式热线热线(rxin)(rxin)探头探头热丝探头热丝探头(tn tu)(tn tu)热膜探头热膜探头(tn tu)(tn tu)第59页/共69页第六十页，共69页。2022-6-1961图图18 18 典型的热探头典型的热探头(tn tu)(tn tu)管管（a a）一元热线探头）一元热线探头(tn tu) (tn tu) （b b）热膜探头）热膜探头(tn tu) (tn tu) （c c）三元热线探头）三元热线探头(tn tu)(tn tu)热线探头根据测量要求有一元、二元、三元探头之分，分别用于热线探头根据测量要求有一

19、元、二元、三元探头之分，分别用于测量一元、平面测量一元、平面(pngmin)(pngmin)和空间流动。和空间流动。第60页/共69页第六十一页，共69页。2022-6-1962第61页/共69页第六十二页，共69页。2022-6-1963如果保持如果保持(boch)(boch)热线的温度一定（即电阻一定），则可以建立热线电流和流体热线的温度一定（即电阻一定），则可以建立热线电流和流体速度的关系，这就是等温法的原理。速度的关系，这就是等温法的原理。热线与流动方向正交时，流体对热线的冷却能力最大，随着二者交角不热线与流动方向正交时，流体对热线的冷却能力最大，随着二者交角不断减小，流体对热线的冷却能力将不断减小。断减小，流体对热线的冷却能力将不断减小。热丝的简化模型如图热丝的简化模型如图1919，金属丝由电流加热，它，金属丝由电流加热，它的温度高于周围介质温度，由于热线的长径比的温度高于周