建筑环境测试技术 第4版 课件 Chapter 7 流速测量

第七章流速测量1建筑环境测试技术BuiltEnvironmenttestingtechnology第七章流速测量概述测压管热电风速仪叶轮风速仪激光多普勒测速仪粒子图像测速技术流速测量仪表的标定流速测量应用23熟悉测压管和热电风速仪的工作原理和使用方法；掌握叶轮风速仪、激光多普勒测速仪的工作原理和使用方法；熟悉粒子图像测速技术的工作原理；了解流速测量仪表的标定方法。本章目标7.1概述

描述流体流动状态的主要参数之一，也是重要的室外气象参数和室内环境评价参数。

流速和流量是对应的。流速的测量方法动力测压法散热效率测速法激光测速法机械测速法一、流速4测量方法测量原理特点典型仪器动力测压法一维管道流动理论接触式

测压管散热效率测速法表面热交换，热平衡原理接触式热电风速仪机械测速法运动动力学能量、动量原理接触式叶轮风速仪激光测速法多谱勒频移原理非接触式激光多谱勒测速仪流速的测量方法57.1概述7.2测压管标准测压管（毕托管）

应用动力测压法测量流速的压力感受元件为测压管由总压探头和静压探头组成。也叫动压管、风速管。1-全压测孔；2-感测头；3-外管；4-静压测孔；5-内管；6-管柱；7-静压引出接管；8-全压引出接管一、测压管677.2测压管一、测压管工作原理

A点为正常流速，压力为动压+静压，

B点流速为0，压力为滞止压力(即全压)，根据伯努利方程式：87.2测压管修正原因修正系数修正公式测头能量损失测压管的校正系数1.02～1.04气流速度过大，气体可压缩性气体可压缩性系数e公式修正与Ma（马赫数）相关M0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.00250.01000.02250.04000.06200.09000.12800.17300.21900.275097.2测压管上限不得超过相当于马赫数M＝0.25时的流速被测流体全压测孔直径上Re大于200测量断面须处于平稳流动区，必要时提高整流段全压孔迎向来流方向，偏差<8o静压孔垂直流动方向清洁气流测量方法要点107.2测压管S型测压管

S型测压管的开孔面积较大，减少了被粉尘堵塞的可能，可保证测定的正常进行。结构：直形等径并行并列管，测头管口相背长度300～3000mm。迎向流体管口测全压，背向流体管口测静压特点：使用方便，不易堵塞；但误差较大用途：一维含尘流场单点测速使用方法：将其中一个管口正对来流方向（读数最大的方向）117.2测压管PJPQPJPQ毕托管测风速127.2测压管阿牛巴测压管（1）笛形均速管结构：全压管上对称开若干个孔，静压测孔与全压孔相背特点：每两个对称孔代表一个等面积环面，各全压孔压力

在全压管内混合后代表管道平均全压用途：圆形风管多点平均风速测量137.2测压管（2）环形均速管在管道内设置若干与管道同心的空心细环管，每个环管代表一个等面积环面，各环管上迎向来流方向对称开若干个全压孔，以径向细管接通各环管，所有全压孔压力混合后代表管道平均全压。

147.2测压管多元复合测压管

结构：测头上有一个全压测孔和对称分布若干互成90°的测孔，每个测孔经传压管与测压仪表相连类型：二元复合测压管（三孔测头）三元复合测压管（五孔测头）用途：同时测量流体的速度和方向三孔测头五孔测头157.2测压管7.3热电风速仪工作原理

利用通电探头在流场中的散热量与流场速度之间存在一定关系来测定速度的。

根据热平衡原理，有Q1=Q2探头在流场的散热量：探头产生的热量：

其中

e为温度为tf时探头的电阻温度系数；R0为tf时探头的电阻。16带入平衡方程得式中

e，R0，A，B皆为常数，可见I，R，v之间存在着确定的函数关系。将

1.当Is=常数： 为恒流风速计

2.当Rs=常数： 为恒温风速计177.3热电风速仪恒流型通过热线的电流保持为恒定值，测量热线温度变化推算流速恒温型热线的温度保持为恒定值，测量通过热线的电流推算流速187.3热电风速仪组成

探头和指示仪表热电风速仪探头形式

一元热线三元热线热膜

197.3热电风速仪组成热线式热电风速仪：温度传感器焊接在电热丝的中间热球式热电风速仪：温度传感器与电热线圈不接触以玻璃球固定在一起207.3热电风速仪ITT→vI→v恒流型恒温型热线风速仪217.3热电风速仪恒流式风速仪(第一代风速仪,五十年代以前)

调节电阻的过程中，热丝温度发生变化，受热丝热惯性的影响，需要一定时间后才能达到热平衡，之后才能进行读数测量，响应慢。恒温式风速仪(第二代风速仪,五十年代以后)测量电流变化，反应快,时间常数小，热滞后效应小，频率响应宽(1MHz)。227.3热电风速仪IT→v恒流型热球风速仪237.3热电风速仪①影响热线动态特性的主要因素在于热线的热容。②热线长度越小，直径越小，热容越小，热滞后越轻微，动态性能越好。③由于测量电路的原因，恒流型比恒温型的动态特性更好。动态特性247.3热电风速仪使用注意事项热电风速仪可用于测量管道内的风速或室内空气流速(1)读数除了与通过探头的电流或测头温度有关外，还与被测介质温度、探头的表面换热特性有关。需要测出被测介质温度进行温度补偿修正。要防止因探头灰尘、油污等而改变表面换热特性。(2)探头连线很细，因此容易损坏而不易修复防止碰撞不能在夹带固体颗粒的气流中使用257.3热电风速仪使用注意事项(3)测量时应将标记红色小点一面迎向气流，防止叉杆阻挡气流(4)对不稳定气流，应读取指针摆动区间的中间值，或参考指示值出现的频率来确定267.3热电风速仪

叶轮风速仪由叶轮和计数机构组成，它是以气流动压力推动机械装置来显示风速的仪表。风速仪的敏感元件为轻型的叶轮，通常用金属铝制成，分为翼形和杯形两种。风速计算公式：u——测点的风速值，m/s；

s——叶轮风速仪指针示值，m；

τ——叶轮风速仪的有效测定时间，s277.3热电风速仪287.4叶轮风速仪测压前需调零测定时必须将叶轮风速仪全部置于气流中气流方向应垂直于叶轮的平面待气流推动叶轮转动20～30秒后再启动开关开始测量测定完毕应将指针回零读得风速值后还应在仪器所附的校正曲线上查得实际的风速值使用注意事项29机械强度大测量范围广可测量0.5~10至数十m/s的风速分辨率一般在0.1m/s左右

特点307.4叶轮风速仪7.5激光多普勒风速仪

Laser(LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation)意为“受激发射的辐射光放大”，1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。原理早在1917年已被著名的物理学家爱因斯坦发现。1960年美国休斯实验室的H.Maiman成功地制成第一台激光器激光的优点：高度的方向性单色性相干性高亮度超短脉冲可调谐性31当光源与光接收器之间存在相对运动时，发射光波与接收光波之间会产生频率偏移，称作多普勒频移。其大小与光源和光接收器之间相对速度有关，这种现象称为光学多普勒效应。327.5激光多普勒风速仪激光多普勒测速的双散射系原理组成

激光照射到跟随流体一起运动的微粒上，激光被运动着的微粒所散射，散射光的频率和入射光的多普勒频移与微粒的速度即流体的速度成正比，测量这个频移就可以测得流体的速度。（1）激光器（2）入射光系统（3）接收光系统(包括光检测器)（4）信号处理器（5）微机数据处理系统337.5激光多普勒风速仪典型激光多普勒测速系统

典型激光多普勒测速系统由激光器、入射光系统、接收光系统（包括光检测器）、信号处理器和微机数据处理系统等几个部分组成。347.5激光多普勒风速仪优点

①无接触测量②动态响应快③空间分辩率高④严格线性化测量⑤测量精度高⑥测速范围广且测量方向特性稳定缺点

①价格昂贵②必须在被测设备上设置透光窗③必须在流体中散播适当尺寸和浓度的粒子357.5激光多普勒风速仪7.6粒子图像测速技术背景激光多普勒测速仪和热线流速仪都属于单点测量技术，难以实现对流场的全场、瞬态测量。主要优势能够提供瞬时全场流动的定量信息，使流动可视化研究实现从定性到定量的飞跃。粒子图像测速技术(ParticleImageVelocimetry,PIV)

36基本原理PIV是通过多次摄像记录流场中粒子的位置，并分析处理摄得的图像，从而获得流场的速度分布。应用范围微尺度流动测量(微米量级)空气动力学风洞实验速度测试水流速度测量环境研究生物医学研究等377.6粒子图像测速技术PIV系统的组成：示踪粒子、光学照明部分、图像采集部分和图像处理部分。387.6粒子图像测速技术7.7流速测量仪表的标定

流速测量仪表的标定过程实际上是在均匀、稳定的流场中将被标定的仪表测得的数据与标准仪表测得的数据进行比较，根据比较结果得出被标定的仪表的修正系数或特性曲线。标定目的

确定测压管的校正系数、方向特性等标定设备39校正风洞结构示意图1—风机段2—扩散段3—测量段4—细收缩段5—工作段6—粗收缩段7—稳定段40射流式校正风洞1—待标定测压管；2—收缩段；3—稳定段；4—整流栅；5—进口过渡段417.7流速测量仪表的标定测压管的标定确定测压管的读数校正系数、方向特性风速校正系数：风压校正系数：：标准测压管和被校测压管测得的风速值；：标准测压管和被校测压管测得的动压值。、标准测压管标定目的标准仪器读数校正系数427.7流速测量仪表的标定方向校正系数

若测压管和气流来流方向在水平和垂直方向若存在角度为a、d的偏差，分别可用系数和修正。当a=0时当d=0时437.7流速测量仪表的标定热电风速仪的标定标定目的标准仪器

获得流体速度与恒流型热电风速仪测头温度、恒温型热电风速仪的电势的真实响应关系激光多普勒测速仪或标准热电风速仪利用标准风洞标定的在校正风洞中或其他已知流体流动速度的流场中，在几个不同的速度下，利用标准热电风速仪测量出风速，对恒流型热电风速仪测量热电风速仪测头的温度，对恒温型热电风速仪同时测量被标定仪器的电流（或电势），做出相应的标定曲线。标定方法447.7流速测量仪表的标定测量仪器的选用平均或者脉动风速平均风速：都能测量脉动风速：热线风速大小高风速：在本专业使用范围内（<15m/s)，都能测量低风速(<2.5m/s)：

热线，热球，转杯

7.8流速测量的应用45管道流量

都能测量，但方法不相同。

毕托管和热线不能象转杯一样在截面均匀移动流速场

毕托管，热线，热球流动方向

毕托管和热线均可测，但精度不够高。可以使用

复合测压管和多丝热线。一般常用细线或者释放

烟雾的方法，用毕托管或者热线辅助测量。

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