熱工測量及自動調(diào)節(jié)7第七章 流速測量

第七章流速測量 流速的測量方法機械方法散熱率法動力測壓法激光測速法 一 機械方法測量流速 機械方法測量流速是根據(jù)置于流體中的葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體的流速成正比的原理來進行流速測量的 機械式風(fēng)速儀是利用葉輪測量流速的實例翼型和杯型 機械式風(fēng)速儀可用來測定儀表所在位置的氣流速度 也可用于大型管道中氣流的速度場 尤其適用于相對濕度較大的氣流速度的測定 二 散熱率法測量流速 散熱率法測量流速的原理 是將發(fā)熱的測速傳感器置于被測流體中 利用發(fā)熱的測速傳感器的散熱率與流體流速成比例的特點 通過測定傳感器的散熱率來獲得流體的流速 卡他溫度計 熱線風(fēng)速儀是利用被加熱的金屬絲的熱量損失來測量氣體流速的 流體速度是流過熱線的電流和熱線電阻 熱線溫度 的函數(shù) 1 恒流型熱線風(fēng)速儀如果在熱線工作過程中 人為地用一恒值電流對熱線加熱 由于流體對熱線對流冷卻 且冷卻能力隨著流速的增大而加強 當(dāng)流速呈穩(wěn)態(tài)時 則可根據(jù)熱線電阻值的大小確定流體的速度 電路簡單 2 恒溫型熱線風(fēng)速儀如果在熱線工作過程中 始終保持熱線的溫度不變 則可通過測得流經(jīng)熱線的電流值來確定流體的速度 在實際測量電路中 測量的不是流經(jīng)電路的電流 而是惠斯頓電橋的橋頂電壓 克英公式 E2 A Bun 三 動力測壓法測量流速 在靜止氣體中 由于不存在切向力 故這個力與所取面積的方向無關(guān) 稱為靜壓力 對于運動流體而言 靜壓可用垂直于流體運動方向單位面積上的作用力來衡量 總壓力是指流體在某點速度等熵滯止到零時所達到的壓力 臨界點滯止壓力是指在沒有外力的作用下 流體速度絕熱地減速到零時所產(chǎn)生的壓力 此時 流體的全部動能全部絕熱地轉(zhuǎn)變成壓力能 總壓與靜壓之差稱為動壓 應(yīng)用動力測壓法測量流速的壓力感受元件為測壓管伯努利方程式 不可壓縮流體 可壓縮氣體 測壓管的使用上限不超過相當(dāng)于馬赫數(shù)為0 25時的流速測壓管的使用下限為被測量的流速在全壓孔直徑上的雷諾數(shù)需超過200 測壓差的方法 1 利用總壓管 靜壓管 分別測量流體的總壓和靜壓 以確定流體速度 2 利用專門設(shè)計的復(fù)合測壓管 同時測量流體的總壓和靜壓 或兩者之差 以確定流體速度 由測壓管 連接管和顯示或記錄儀表三部分組成的測壓系統(tǒng) 就可以測量流體的流速 1 流體總壓 靜壓的測量 1 流體總壓測量與測壓管測量流體總壓的總壓管在使用時 其感壓孔軸線應(yīng)對準(zhǔn)來流方向 希望總壓管對流動方向越不敏感越好 L形總壓管 制造容易 使用安裝方便 它對流動偏斜角的靈敏性取決于壓力孔直徑與管子外徑之比以及總壓管頭部的形狀 圓柱形總壓管 可以制作得很小 慣性不大 工藝性好 制造容易 使用方便 套管式總壓管 在馬赫數(shù)變化較大范圍內(nèi) 它對流動偏斜角的不靈敏度達到 40 50 2 流體的靜壓測量與測壓管 測量被繞流體表面上某點的壓力或流道壁面上流體的壓力這時可利用在通道壁面或繞流物體表面開靜壓孔的方法進行測量 確定流場中某點的壓力 也就是運動流體的壓力 這時可以利用尺寸較小具有一定形狀的測壓管插入流體中 進行流體壓力測量 L形靜壓管 盤形靜壓管 套管形靜壓管需要測量平直流道內(nèi)的流體靜壓時可采用在流道壁面開靜壓孔的方法來測量 2 畢托管 分別采用總壓管和靜壓管測得流體的總壓和靜壓 然后利用公式計算得到流體速度 缺點 不能同時測得某一點的流體的總壓和靜壓 可同時測得流體總壓和靜壓之差的復(fù)合測壓管稱為畢托管 動壓管 速度探針 特點 結(jié)構(gòu)簡單 使用 制造方便 價格便宜 堅固可靠 精度高 畢托管測量的是空間某點處的平均速度 它的頭部尺寸決定了它的空間分辨率根據(jù)所測量的流體性質(zhì) 將畢托管設(shè)計成不同的形狀 常用的有L形和T形 1 L形畢托管 2 T形畢托管 3 流動方向的測量與復(fù)合測壓管 能同時測出流體的總壓及流速的大小和方向的測壓管稱為復(fù)合測壓管在平面流場的測量中 常用二元復(fù)合測壓管測量流體的總壓 靜壓及流速的大小和方向 圓柱形 管束形和楔形 測量流體總壓 測量流動方向 測量空間流動速度的大小和方向及流體的壓力 常用球形五孔三元測壓管 管束形五孔三元測壓管和楔形五孔三元測壓管 第二節(jié)流速測量儀表的標(biāo)定 在校正風(fēng)洞中用比較法進行標(biāo)定 它將被標(biāo)定的儀表測得的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)儀表測得的數(shù)據(jù)相比較 就可得出被標(biāo)定的儀表的修正系數(shù)或特性曲線 一 熱線風(fēng)速儀的標(biāo)定 熱線風(fēng)速儀的標(biāo)定的是熱線風(fēng)速儀測頭的輸出電壓與流體速度的真實響應(yīng)關(guān)系 標(biāo)定的方法是在校正風(fēng)洞中或其他已知流體流動速度的流場中 對應(yīng)地在熱線風(fēng)速儀上讀出電壓E值 做出E u標(biāo)定曲線 二 測壓管的標(biāo)定 測壓管標(biāo)定的主要目的是為了確定測壓管的校正系數(shù) 方向特性 速度特性等內(nèi)容 1 總壓管的標(biāo)定總壓管要標(biāo)定的是總壓管的校正系數(shù)以及在不同流速時 總壓管對流動偏斜角的不靈敏性 2 靜壓管的標(biāo)定靜壓管要標(biāo)定的是 靜壓管在零偏斜角時 靜壓管的校正系數(shù)或速度特性 以鑒定靜壓孔對氣流靜壓的感受能