第7章流速测量

动态流场测试技术1皮托管测速2热线测速3激光多普勒测速(LDV)4粒子成像(PIV)一皮托管测速皮托管测速原理：利用流体的总压和静压之差，即动压来测量流速，也称动压管。也称风速管。一皮托管测速一皮托管测速一皮托管测速1

优点：结构简单、制造实用方便、价格低廉。2缺点：属于接触式测量，对流场有一定影响。测量范围较小5~30m/s，流体马赫数不大于0.8.二热线测速仪

HotWireAnemometer1.热线测速仪的工作原理2.热线测速仪的静态特性3.两种运行方式4.热线测速仪的标定二热线风速仪热线测速仪（HotWireAnemometer，简称HWA），发明于20世纪20年代。它是将流体速度信号转变为电信号的一种测速仪器，也可用于测量流体的温度。其基本原理是，将一根细的金属丝放在流体中，通过电流加热金属丝，使其温度高于流体的温度，因此将金属丝称为“热线”。当流体沿垂直方向流过金属丝时，将带走金属丝的一部分热量，使金属丝温度下降。热线在气流中的散热量与流速有关，散热量导致热线温度变化而引起电阻变化，流速信号即转变成电信号。二热线风速仪热线长度一般为2mm，直径5μm

，最小的探头直径仅1μm，长为0.2mm。材料为铂、钨或铂铑合金等熔点高、延展性好的金属。根据不同的用途，热线探头还做成双丝、三丝、斜丝及V形、X形等。USTC二热线风速仪若以一片很薄(厚度小于0.1微米)的金属膜代替金属丝，即为热膜测速仪，功能与热丝相似，但多用于测量液体流速。二热线风速仪热线测速仪的优点是：（1）体积小，对流场干扰小；（2）频率响应高，可达1MHz。测速量程可达到500m/s（3）测量精度高，重复性好。（4）适用范围广。不仅可用于气体也可用于液体，在气体的亚声速、跨声速和超声速流动中均可使用；可以测量平均速度，也可测量脉动值和湍流量；还可以测量多个方向的速度分量。热线测速仪的缺点是：探头对流场有一定干扰，热线容易断裂。USTC二热线风速仪强迫对流传热---占主导地位。金（King,1914）公式：ViwQQ二热线风速仪二热线风速仪金属丝电阻随温度变化：二热线风速仪热线有两种工作模式：

①恒流式。通过热线的电流保持不变，温度变化时，热线电阻改变，因而两端电压变化，由此测量流速；②恒温式。热线的温度保持不变，如保持150℃，根据所需施加的电流可度量流速。恒温式比恒流式应用更广泛。二热线风速仪恒流式：ER2R1RWe1R2>>Rw二热线风速仪恒温式：R2R1R3RwI1I2IBe0V,Tw,Rw,e1,

e2-e1

,e0,IB,eB,I1,Tw,RW二热线风速仪热线测速仪的主要用途是：（1）测量平均流动的速度和方向。（2）测量来流的脉动速度及其频谱。（3）测量湍流中的雷诺应力及两点的速度相关性、时间相关性。（4）测量壁面切应力（通常是采用与壁面平齐放置的热膜探头来进行的，原理与热线测速相似）。（5）测量流体温度（事先测出探头电阻随流体温度的变化曲线，然后根据测得的探头电阻就可确定温度。除此以外还开发出许多专业用途。三激光多普勒测速仪(LDV)

LaserDopplerVelocimeter

激光测速的原理是：是测量通过激光束的示踪粒子的多普勒信号，再根据速度与多普勒频率的关系得到粒子速度。测得了粒子的速度，也就是流动的速度。激光测速的最主要的优点是对流动没有任何扰动，测量的精度高，测速范围宽，而且由于多普勒频率与速度是线性关系，和该点的温度，压力没有关系，是目前世界上速度测量精度最高的仪器。三激光多普勒测速仪(LDV)基本光路V三激光多普勒测速仪(LDV)条纹模型fxzyzyyx三激光多普勒测速仪(LDV)条纹模型V12d三激光多普勒测速仪(LDV)基本布置V激光电源声光调制器电源计算机光电倍增管电源信号处理器放大器技术指标：

测速范围：mm/s-1000m/s

测速维数：1维，2维或3维

测速精度：0.1%

工作光谱：514.5，488，476.5nm

三激光多普勒测速仪(LDV)1．激光器：水冷氩离子激光器

输出功率：5W

光束直径：1.5mm

光束发散角：0.5mrad2．分光器、光纤耦合器

最大输入光功率：10W

分光光谱：514.5，488，476.5nm

内置布拉格盒3．处理器

最大输入多普勒频率：FSA3500100MHzFSA4000175MHz

最低可处理信噪比：-12dB

数据传输速率：400Mbps

能够进行周期性流动测量

具备外部模拟/数字信号输入功能三激光多普勒测速仪(LDV)4．数据处理、显示软件

在线实时采集显示数据；支持数据回放；支持周期性流动测量；支持各种速度统计：平均速度、均方根、剪应力、湍流度；支持粒径统计：平均粒径、D32、体积通量；各统计参数关联分布；提供各参数的自相关、互相关、功率谱分析；支持数据导出5．移动坐标架、探头安装导轨及控制器

行程：600X600X600mm；含探头安装支架及控制器；电缆长度：满足工作场地要求；位置分辨率：0.01mm；承重：50公斤以上；控制方式：完全计算机控制三激光多普勒测速仪(LDV)三相位多普勒粒子分析仪（PDPA）

PhaseDopplerParticleAnalyzer相位多普勒粒子分析仪顾名思义是利用多普勒效应来测量运动粒子的相位特性。它是由激光多普勒测速仪发展而来的，至今已有近二十年的历史。PDPA所依据的基本光学原理是Lorenz－Mie散射理论。如同声波的多普勒效应一样，光源与物体相对运动也具有多普勒效应。在PDPA中，依靠运动微粒的散射光与照射光之间的频差来获得速度信息，而通过分析穿越激光测量体的球形粒子反射或折射的散射光产生的相位移动来确定粒径的大小。三相位多普勒粒子分析仪（PDPA）

PhaseDopplerParticleAnalyzer仪器包括320mw氩离子风冷激光器、激光耦合器、RSA信号处理器、数据处理系统以及激光发射和接收器等。一般情况下，它的测速范围是-90～283m/s，可测粒径范围是0.5～90µm，此范围还可通过更换发射镜头加以扩大。三相位多普勒粒子分析仪（PDPA）处理器激光器发射器接受透镜光电倍增管三相位多普勒粒子分析仪（PDPA）mP=2P=0P=1四粒子成像速度计(

PIV)

ParticleImageVelocimeter什么是PIV1.PIV是一种在流场中同时多点（如数千点）测量流体或粒子速度矢量的光学图象技术。

2.通常在流场的“平面薄片”中进行测量。

3.精度和空间分辨率可与LDV及HWA比较。四粒子成像速度计(

PIV)

PIV

原理YX粒子第一个的像t后，粒子第二个的像t2t1t2t1四粒子成像速度计(

PIV)典型系统:

CCD电子同步器计算机Nd:YAG激光器四粒子成像速度计(

PIV)

激光器

双YAG激光器的光路系统示意图CCDYAG激光器四粒子成像速度计(

PIV)算法双曝光的图象第一次曝光的图象第二次曝光的图象四粒子成像速度计(

PIV)算法

CC