热能动力工程测试技术07流速测量1

1、第七章 流速测量第一节 皮托管测试技术第二节 热线(热膜)测试技术第三节 激光多普勒测速技术第四节 粒子图像测速技术1 测量对象：冷热空气、冷却水、燃烧火焰、排放气体等； 测量区域：进排气管道、冷却水通道、燃烧室； 流动性质：一维、二维、三维、湍流、涡流、微风等。风速测量仪器 测量方法：皮托管和热线风速仪测速； 激光多普勒测速和粒子图像测速等。2 空气通过转杯时，推动叶片转动。根据叶片的角位移推算流过的空气量。机械法测量流速34第一节 皮托管测速技术 皮托管：由法国工程师Hcnri Pitot的名字命名的。 组 成：总压探头和静压探头。 原 理：利用流体总压与静压之差，即动压来测量流速，也称动

2、压管。测量对象为气体，又称风速管。 特 点：结构简单、使用方便、价格低廉，测量精度较高。5测速管示意图6 皮托管测取的是流场空间某点的平均速度。 由于是接触式测量，探头的头部尺寸决定了皮托管测速的空间分辨率。目前最小的皮托管头部直径为。L形皮托管T形皮托管78 一、基本构造和测速原理 根据不可压缩流体的伯努利方程，流体在同一流线上有 p0、p分别为总压和静压;为密度;v为流速。 考虑到总压和静压测量误差，引入皮托管校准系数，则有 被测流体为气体，且流动的马赫数时，应考虑压缩性效应。流速计算公式为(为气体压缩性修正系数)9 对可压缩气体，绝对流速还与温度有关。为避免测温，用Ma表示气流速度为气体

3、的等墒压缩(或膨胀)指数。 普通皮托管要求流动的Ma小于临界马赫数Mac，对于高Ma(Ma接近l)下的流动，为避免在皮托管的头部附近发生脱体激波，可采用细长的锥形探头(图7-lb，适用于Ma达的流速测量)。10 测量超声速气流的流速时，会引发波阻损失等问题，需要选用特定形式的总压和静压探头，并进行严格的标定。 当超音速气流流过钝头物体时，在物体前往往产生脱体激波，波形为曲线。11 特殊的场合：使用除标准皮托管外的其他形式，在使用前都必须经过严格标定。测量尺寸较大的管道适用场合：测含尘量较高的锅炉等12 二、二维气流速度的测量 采用三孔测速管测量平面流动，由三孔感压球形探头3、干管5、传压管6和

4、分度盘7等组成。13 居中的为总压孔，两侧为方向孔。 当两个方向孔的压力相等时，认为气流方向与总压孔的轴线重合。14 两个方向孔所在的位置必须对气体的流动方向十分敏感，当气流方向与两方向孔的角平分线方向出现微小偏差时，两个方向孔上的压力就会出现显著的差异。15 设气流方向与两个方向孔的角平分线方向偏离。两个方向孔的压力分别为p为静压。两个方向孔的压力差为 所以有2=90。对上式关于求极值，有16 将探头插入气流中，转动干管，直到两方向孔的压力相等。总压孔和方向孔的压力分别为前两式相减可得 流速的方向根据两方向孔的压力平衡情况来判断，流速的大小根据总压孔与方向孔之间的压力差计算。 三维空间气流速

5、度的大小和方向用五孔测速管测量，当气流方向变化较大时采用七孔测速管。 17YZ12354501.5401.5x2.51305管0.8五孔探头4501.50.50.01181235五孔探头ZYXU19七孔探头602510361020 三、皮托管的标定 校准风洞：吸入式、射流式、吸入-射流复合式等。 被标定的皮托管探头5置于风洞出口处，其动压读数为h1。标准动压h在射流段B处测量。 射流式：工作段由稳流段1和收敛器3构成，压缩空气先通过稳流段，再通过收敛器3后形成自由射流。21 标定步骤: 1)安装皮托管5，且保证皮托管的总压孔轴线对准校准风洞轴线。 2)合理选择标定流速范围，记录标准动压h和皮托

6、管动压值h1。 3)整理记录数据。当h与h1之间呈线性关系时，直接求出校准系数22风速管标定实验23 无校准风洞时，可采用自制的平直风管。其长径比要大于20，在风机出口处加稳压箱使风压更稳定。 标定时，将标准皮托管和被标定皮托管分别置于风管的出口处，以标准皮托管感受的动压作为标准动压。24第二节 热线(热膜)测速技术 热电式测速技术，称为热线风速仪。几何尺寸及热惯性均较小。适用场合： 微风(如冷库、空调房)； 脉动速度(燃烧室内湍流强度、压气机旋转失速)； 皮托管难以安装的场合(如边界层、压气机级间)的流速测量。25 26ViwQQ389.52728 一、热线风速仪的基本构造 组成：探头(热敏

7、电阻)、信号数据处理系统。分类：从结构上分热线和热膜式。 从测量流场分一元探头、二元探头和三元探头，分别测一维、平面和空间流场。29303132热线式：热敏材料为铂丝或钨丝。直径5m，长度12mm。热膜式：探头采用铬或铂金属薄膜。 优点：机械强度比热线探头高，可承受较大电流，用于液体或带有颗粒的气流流速的测量。 缺点：尺寸相对较大，响应速度不及热线探头高。33 二、热线风速仪的工作原理 当电流为I，热线电阻为Rw，则产生的焦耳热为I2Rw，热线温度为Tw。 为传热系数；A为热线换热面积;Tf为被测流体的温度。 设热线只存在强迫对流换热，有 上式可表示为 a和b为常数;n为与流速有关的常数。34 在流体温度一定的条件下，流速仅是热线电流I和热线温度Tw(或电阻)的函数，即或 只要固定I和Tw(或Rw)中的一个变量，流速就成为另一变量的单值函数。 热线风速仪的两种工作方式：恒流式和恒温(恒电阻)式。35热线式测量系统示意图36 流体流过时，热线温度下降，阻值Rw减小，电桥失衡。 调节可变电阻Ra，直至电桥平衡，通过测量Ra的改变量得到Rw的数值。 1.恒流式 保持加热电流不变，热线的温度(电阻)随流速变化37 2.恒温(恒电阻)式 保持热线的电阻不变，根据供给电压(热线电流