《建筑环境与能源应用工程专业综合实验》 教案 3-17测压管

测压管测压管工作原理将测压管置于流体中，如REF_Ref14263\h图1所示。测压管头部B点处由于流体的绕流而完全滞止，产生临界点，流体速度v1=0，B点的压力为滞止压力（即全压）。图1测压管根据不可压缩流体的伯努利方程式，A、B两点间的关系为 pj+12ρ式中：pj，pj1——A、Bρ——流体的密度，kg/m3；v，v1——A（即测点）、B点的流体速度，m/s因为v1=0，故 p=pj+1vρ式中p——B点的全压，Pa；ρ——流体的密度，kg/m3。当流体为空气时，需对空气密度进行修正 ρ=pB287×273.15+式中pB——当地大气压力，PaTta——管道内空气温度，v=2ρ但是，实际上流体流经测压管头部时总有能量损失，应给予修正，即 v=2ρp' ξ=p-pj式中p'，、pj'p，、pjξ——测压管的校正系数。经合理设计的标准测压管，ξ值可保持在1.02~1.04范围内，且在较大马赫数（M）、雷诺数（Re）范围内保持一定值。当气流的马赫数M＞0.25时，应考虑气体的压缩性，此时气流速度为 v=2ρ∙p式中:ε——气体的可压缩系数；ε与M的关系见REF_Ref29745\h表1。表1可压缩性修正系数ε与马赫数M的关系M0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0ε0.00250.01000.02250.04000.06200.09000.12800.17300.21900.2750在通风、空调工程中气流速度μ一般在40m/s以下，动压由于气体可压缩性的修正项影响甚小（1＋ε=1.0034），一般测量不考虑气体的可压缩性影响。国际标准化组织(ISO0)规定测压管使用范围上限不得超过相当于马赫数M=0.25时的流速,下限则要求被测量的流速在全压测孔直径上的雷诺数Re>200,以避免造成大的误差。测压管结构测量流体的总压和静压的测压管，就是根据上述原理设计制作的。REF_Ref5425\h图2所示的L形测压管制造容易，使用安装方便。REF_Ref18955\h图3柱形测压管所示的圆柱形测压管可以制作得很小，且惯性不大，工艺性好，制造容易，使用方便。图2L型总压管图3柱形测压管测量流体总压的测压管在使用时，其感压孔轴线应对准来流方向。但在实际应用中，总压管很难对准来流方向安装。一般希望总压管对流动方向越不敏感越好，即来流方向相对于压力孔轴线有一定偏角时，总压管还能正确地测量出总压值。总压管对流动偏斜角的灵敏性在很大程度上取决于压力孔直径d2，与管子外径d1之比以及总压管头部的形状。头部为半球形的L形总压管，对流动偏斜角α（流体速度方向在水平方向的投影与感压孔轴线方向的夹角）的不灵敏度在±±（5°～15°）的范围内。圆柱形总压管当d2/d1在0.4~0.7的范围内，对流动偏斜角α的不灵敏度为＋（10°～15°）。比托管如果将总压管和静压管组合在一起，可制作同时测得流体总压和静压之差的复合测压管，称为毕托管。毕托管的特点是：结构简单，使用、制造方便，价格便宜，坚固可靠，只要精心制造并经过严格校准和适当修正，在一定的速度范围内，它可以达到较高的测速精度。广泛地用于测量流体的速度。毕托管测量的是空间某点处的平均速度，它的头部尺寸决定了它的空间分辨率。此外毕托管的总压孔和静压孔的位置、大小、形状以及探头与支杆的连接方式等，都会影响毕托管的测量结果。根据毕托管测量的流体性质，将毕托管设计成不同的形状，常用的毕托管为L形和T形两种形式。1）L形毕托管L形毕托管的结构如REF_Ref14978\h图4所示，它由测头、外管、内管、管柱与总压、静压引出接管等部分组成。在感测头顶端开有总压孔，通过内管接至管柱顶端的总压引出接管。在水平测量段的适当位置钻有静压测孔或狭缝，它感受的静压通过外管与内管中间环形通道与静压引出接管连通。头部为球形的毕托管，在流动方向偏斜±±10°范围内，总压和静压均匀下降，压差保持不变。L形毕托管使用时根据需要测量的总压、静压或动压，将两个引出接管与压力计连接，即可在压力计上读出相应的压力数值。图4L形毕托管图1————总压测孔；；2————感测头；；3————外管；；4————静压孔；；5————内管；；6———管柱；；7———静压引出管；；8———总压引出管图4L形毕托管图2）S形比托管S形毕托管的结构如REF_Ref15093\h图5所示，它由两个小管背靠背地焊在一起。测定时，一个孔口面正对气流，即与气流方向垂直，测得的是全压。另一个孔口面背向气流，测得的是静压。S形毕托管对来流方向的变化很敏感。随着流动偏斜角增加，测量所得速度值与实际值的差别就增大，使用时应与校正时的方向一致。当被测流速较低时，测定误差相应加大。S形毕托管结构简单、制造方便，开口面积大，特别适用于测量含尘量较大的气流和黏度较大的液体。图5S形侧压管测压管校正无论是L形比托管还是S形比托管使用前必须校正。尤其是S形比托管背向气流的测孔处有涡流影响，使得测定值大于实际值。不同的S形比托管的修正系数不同，即使同一根S形比托管在不同的流速范围内修正系数也略有变化。通常在风洞中用标准测压管进行校正，流速范围为5～20m/s，修正可采用风速修正系数，即REF_Ref15213\h式（7） K=v0v （式中：K———测压管风速修正系数；v0——标准测压管测得的风速值，m/sv——被校测压管测得的风速值，m/s。也可以采用动压修正系数。因动压与速度的平方成