流速测量(1)教材

流速测量第一节毕托管测速一、基本构造和测速原理考虑总压和静压的测量误差，引入毕托管校准系数ζ通过合理调整毕托管各部分的几何尺寸，可使总压、静压的测量误差接近零。（图7-1a）对可压缩气体，其总压p*为：Ma0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0ε0.00250.01000.02250.04000.06200.09000.12800.17300.21900.2750压缩性系数ε与马赫数Ma的对应值可压缩气体，其绝对流速还与温度有关，一般采用Ma表示气流的速度使用毕托管的几点要求：普通毕托管测速要求流动Ma小于临界Mac；对高Ma下的流动，采用细长的锥形探头可避免在其头部产生脱体激波；（图7-1b）测量超音速气流需要选用特定形式的总压和静压探头，并进行严格标定。二、二维气流速度的测量流速是矢量，具有大小和方向

平面流动方向的测量，一般采用方向探针来测量，即三孔测速管，可测量流速的大小和方向。居中的孔为总压孔，两侧的孔为方向孔当两方向孔压力相等时，认为气流方向与总压孔的轴线重合方向孔的位置必须对气流方向非常敏感，即当气流方向与两方向孔的角平分线方向出现微小偏差时，方向孔的压力就会出显著差异。当流动方向与两方向孔的角平分线方向偏离Δφ，两方向孔压力为：

p为静压两方向孔压差为：因为(p1-p3)的最大值不应该在Δφ=0处，所以：求(p1-p3)极值得：

两方向孔在同一平面内呈直角分布时对气流的分布最敏感；

因此三孔测速管探头的感压孔位置为：两方向孔在同一平面内按90o夹角分布，总压孔在两方向孔的角平分线上。实测时，调整探头使两方向孔压力相等，此时总压孔和两方向孔的压力为：方向大小测量空间流动速度的大小与方向,一般采用五孔三元测速管，气流方向变化较大时可采用七孔测速管三、毕托管的标定各种毕托管由于结构上的不同和制造上的差异，在制造后或使用前都必须经过标定。——在校准风洞里进行(图7-7)——自制风管+标准毕托管第二节热线(热膜)测速技术热线风速仪用于测量气体或液体的平均速度、脉动速度等多种流动参数热电式测速技术一、测量原理热线电阻RW和它的温度TW是一一对应的利用探头的热量在气流中的散失强度与气流速度之间的关系来测量流速在流体温度一定的条件下，流体的流速仅仅是热线电流和热线温度(即热线电阻)的函数，即：对与流体流动方向垂直放置的探头，其散热量可表示为：a、b、是与流体参数及探头结构有关的常数n是与流速有关的常数1.恒流式通过热线风速仪的加热电流恒定，它的温度(即电阻)随周围流体速度的变化而变化ARwRaR3R1R2R热线2.

恒温(恒电阻)式通过调节热线两端的电压以保持热线的温度(电阻)不变，可根据电压值的变化测出热线电流变化量。ARwR4R3R1R2R热线恒流式受热惯性影响，灵敏度随被测流体流动变化频率减小而降低，且产生相位滞后等缺点；实际应用中，大多采用频率特性较好的恒温式。二、热线风速仪的探头结构热线、热膜，三维热线探头热线机械强度低，承受的电流小，如果在液体或带有颗粒的气流中工作，多使用热膜探头。常用的金属丝有钨丝、铂丝和镀铂钨丝；钨丝电阻温度系数高，机械强度好，但易氧化，最高可用温度300度；铂丝电阻温度系数也很高，抗氧化能力强，最高可用温度800度，但机械强度差；综合钨丝和铂丝的优缺点，镀铂钨丝是理想的热线材料三、热线风速仪的特点几何尺寸小，对来流干扰较小，能测量附面层及狭窄流道内的参数；热惯性小，可测量透平压缩机旋转失速、燃烧室内湍流强度等脉动气流参数；热膜探头机械强度高，受振动小，可在恶劣流场中工作，但其频率响应范围比热线探头窄，测量精度不高，工艺复杂，损坏后不易修复；热线探头机械强度低，承受的电流小，不适于在液体或带有颗粒的气流中工作。三、激光多普勒流速仪非接触式测速方法1.工作原理激光多普勒效应激光照射到随流体一起运动的微粒上，微粒散射的散射光频率将偏离入射光频率，这种现象叫做激光多普勒效应。散射光与入射光的频率偏离量叫多普勒频移，多普勒频移与微粒的运动速度即流速成正比。2.基本光路系统参考光束系统

图7-11单光束系统

图7-12双光束