實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)實(shí)用教案

1、主要(zhyo)內(nèi)容本章任務(wù)： 熟悉兩種流動(dòng)現(xiàn)象相似的條件、流體力學(xué)中常用的相似準(zhǔn)則數(shù)，掌握利用量綱分析方法獲得準(zhǔn)則方程以及?；瘜?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。 流體力學(xué)基本量測(cè)量主要內(nèi)容： 第一節(jié) 流體力學(xué)的相似條件 第二節(jié) 流動(dòng)的相似原理與近似?；瘜?shí)驗(yàn) 第三節(jié) 流體力學(xué)基本量測(cè)量儀表(ybio)的選擇與標(biāo)定第1頁/共50頁第一頁，共50頁。 流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究(ynji)是指用人為控制的方法對(duì)所要研究是指用人為控制的方法對(duì)所要研究(ynji)的流動(dòng)現(xiàn)象或過程進(jìn)行觀察和測(cè)量，以達(dá)到以下目的：的流動(dòng)現(xiàn)象或過程進(jìn)行觀察和測(cè)量，以達(dá)到以下目的： 重復(fù)實(shí)現(xiàn)和觀察某流動(dòng)現(xiàn)象或過程，以便獲得充分的感性認(rèn)重復(fù)實(shí)現(xiàn)

2、和觀察某流動(dòng)現(xiàn)象或過程，以便獲得充分的感性認(rèn)識(shí)、掌握其物理本質(zhì)識(shí)、掌握其物理本質(zhì)(bnzh)； 通過參數(shù)測(cè)量，尋求物理量之間的關(guān)系；通過參數(shù)測(cè)量，尋求物理量之間的關(guān)系； 驗(yàn)證理論分析或數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果；驗(yàn)證理論分析或數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果； 設(shè)計(jì)、施工的可靠性檢驗(yàn)。設(shè)計(jì)、施工的可靠性檢驗(yàn)。第一節(jié) 流體力學(xué)(li t l xu)的相似條件第2頁/共50頁第二頁，共50頁。流體力學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法可分為兩種：流體力學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法可分為兩種：原型實(shí)驗(yàn)：直接得出反映實(shí)際流動(dòng)的規(guī)律性結(jié)果原型實(shí)驗(yàn)：直接得出反映實(shí)際流動(dòng)的規(guī)律性結(jié)果模型實(shí)驗(yàn)：限于實(shí)驗(yàn)條件的限制，通過設(shè)計(jì)與原型相似的模型進(jìn)模型實(shí)驗(yàn)：限于實(shí)驗(yàn)條件的限制，通過

3、設(shè)計(jì)與原型相似的模型進(jìn)行研究，間接獲得實(shí)際流動(dòng)的規(guī)律性結(jié)果。主要的模型實(shí)驗(yàn)方法行研究，間接獲得實(shí)際流動(dòng)的規(guī)律性結(jié)果。主要的模型實(shí)驗(yàn)方法有：有： (1) 幾何尺寸的改變幾何尺寸的改變(gibin)(放大或縮小放大或縮小); (2) 流動(dòng)工質(zhì)的改變流動(dòng)工質(zhì)的改變(gibin); (3) 對(duì)原型的簡化。對(duì)原型的簡化。第一節(jié) 流體力學(xué)(li t l xu)的相似條件第3頁/共50頁第三頁，共50頁。模型實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)：模型實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)： 節(jié)省費(fèi)用；節(jié)省費(fèi)用； 簡化實(shí)驗(yàn)過程簡化實(shí)驗(yàn)過程(guchng)； 科學(xué)地表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。用無量綱的相似準(zhǔn)則數(shù)整理和表達(dá)科學(xué)地表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。用無量綱的相似準(zhǔn)則數(shù)整理和表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)

4、果，可以使其更具有代表性和適用性，有利于將模型試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以使其更具有代表性和適用性，有利于將模型試驗(yàn)結(jié)果推廣應(yīng)用到原型中去。結(jié)果推廣應(yīng)用到原型中去。模型實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)：模型實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)： 邊界條件和初始條件；邊界條件和初始條件； 相似準(zhǔn)則數(shù)的確定。相似準(zhǔn)則數(shù)的確定。 第一節(jié) 流體力學(xué)(li t l xu)的相似條件第4頁/共50頁第四頁，共50頁。modmellpprototypeLLCLLLL1. 幾何幾何(j h)相似相似 模型與原型流動(dòng)空間模型與原型流動(dòng)空間(kngjin)要相似。長度比例常要相似。長度比例常數(shù)數(shù)Cl為：為：第一節(jié) 流體力學(xué)的相似(xin s)條件第5頁/共50頁第五頁，

5、共50頁。2. 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)(yndng)相似相似pmpmpmpmVwwvvuuVVC原型原型模型模型模型與原型流場對(duì)應(yīng)點(diǎn)、對(duì)應(yīng)時(shí)刻速度模型與原型流場對(duì)應(yīng)點(diǎn)、對(duì)應(yīng)時(shí)刻速度大小成比例大小成比例(bl)，方向一致。，方向一致。速度速度(sd)比例比例常數(shù)：常數(shù)：第一節(jié)第一節(jié) 流體力學(xué)的相似條件流體力學(xué)的相似條件第6頁/共50頁第六頁，共50頁。3. 力學(xué)相似 模型與原型流場內(nèi)各對(duì)應(yīng)點(diǎn)上的相應(yīng)力的大小成比例(bl)，方向一致。1111mmmFpppFApACFApAtt=原型模型p1p1p2p21221力比例力比例(bl)常數(shù)：常數(shù)：第一節(jié) 流體力學(xué)的相似(xin s)條件第7頁/共50頁第七頁，共50

6、頁。4. 時(shí)間相似時(shí)間相似VLpmtCCttC在非定常流中必須在非定常流中必須(bx)保證的相似條保證的相似條件。件。第一節(jié)第一節(jié) 流體力學(xué)流體力學(xué)(li t l xu)的相似條件的相似條件第8頁/共50頁第八頁，共50頁。3222mlFVlpVCC CCC C CCC Crrr= 幾何相似是前提，力學(xué)相似是基礎(chǔ)，運(yùn)動(dòng)幾何相似是前提，力學(xué)相似是基礎(chǔ)，運(yùn)動(dòng)(yndng)相似是流場相似的表現(xiàn)。相似是流場相似的表現(xiàn)。 基本基本(jbn)比例常數(shù)（比例常數(shù)（Cl，CV， C）確定了其它比）確定了其它比例常數(shù)例常數(shù)很有用很有用(yu yn)!第一節(jié) 流體力學(xué)的相似條件第9頁/共50頁第九頁，共50頁。1

7、. 相似相似(xin s)原理原理(1). 兩種流動(dòng)相似，必定為同類現(xiàn)象兩種流動(dòng)相似，必定為同類現(xiàn)象(xinxing)，因此控制，因此控制方程相同。方程相同。(2). 兩種流動(dòng)相似，所有單值性條件相似。單值性條件包兩種流動(dòng)相似，所有單值性條件相似。單值性條件包括流動(dòng)空間幾何形狀、流動(dòng)速度、流體括流動(dòng)空間幾何形狀、流動(dòng)速度、流體(lit)性質(zhì)、壁面性質(zhì)、壁面條件、初始條件等等。條件、初始條件等等。(3). 兩種流動(dòng)相似，那么單值性條件中某些物理量組成的兩種流動(dòng)相似，那么單值性條件中某些物理量組成的相相似準(zhǔn)則數(shù)似準(zhǔn)則數(shù)（無量綱數(shù)）對(duì)應(yīng)相等。（無量綱數(shù)）對(duì)應(yīng)相等。 Why?第二節(jié)第二節(jié) 流動(dòng)的相似原

8、理與近似?；瘜?shí)驗(yàn)流動(dòng)的相似原理與近似?；瘜?shí)驗(yàn)第10頁/共50頁第十頁，共50頁。 例題例題1：設(shè)有兩個(gè)二維不可壓定常粘性流動(dòng)設(shè)有兩個(gè)二維不可壓定常粘性流動(dòng)(lidng)相似，其控制相似，其控制方程方程N(yùn)-S方程。具體形式如下（方程。具體形式如下（x 方向）：方向）：)(2222yuxuxpfdtdux求各相似求各相似(xin s)比例常數(shù)間的比例常數(shù)間的關(guān)系。關(guān)系。第二節(jié)第二節(jié) 流動(dòng)流動(dòng)(lidng)的相似原理與近似模的相似原理與近似?；瘜?shí)驗(yàn)化實(shí)驗(yàn)第11頁/共50頁第十一頁，共50頁。原型和模型相應(yīng)的控制原型和模型相應(yīng)的控制(kngzh)方程：方程：2222()x pppppdupuufdtx

9、xy2222()xmmmmmdupuufdtxxy由于兩流動(dòng)相似由于兩流動(dòng)相似(xin s)，那么任意物理參數(shù)之間有關(guān)系：，那么任意物理參數(shù)之間有關(guān)系：pmppmtpmpmVppCttCCuuC/mplmpxmgxpCCxxfCfnnn=第二節(jié)第二節(jié) 流動(dòng)流動(dòng)(lidng)的相似原理與近的相似原理與近似?；瘜?shí)驗(yàn)似?；瘜?shí)驗(yàn) (原型原型, x 方向方向) (模型模型, x 方向方向)第12頁/共50頁第十二頁，共50頁。2222222222()()VpgxppplpgpxVttttVpplppllVCCdupuuC fdtC CxxyCCCdupuufdCCCCCCCCtCxxyCCC改造模型改造

10、模型(mxng)方程：方程：得到得到(d do)：第二節(jié)第二節(jié) 流動(dòng)流動(dòng)(lidng)的相似原理與近似模的相似原理與近似?；瘜?shí)驗(yàn)化實(shí)驗(yàn)第13頁/共50頁第十三頁，共50頁。22222()gtpttx ppppVLVLC CC CC CdupuufdtCC C CxCxy對(duì)比兩個(gè)流動(dòng)控制對(duì)比兩個(gè)流動(dòng)控制(kngzh)方程：方程：相似問題的控制方程相似問題的控制方程(fngchng)應(yīng)完全相同，對(duì)比后有：應(yīng)完全相同，對(duì)比后有：1gtVC CC=1ptlVC CC CC21tlC CC相似相似(xin s)指標(biāo)指標(biāo)2222()x pppppdupuufdtxxy第二節(jié)第二節(jié) 流動(dòng)的相似原理與近似?；?/p>

11、實(shí)驗(yàn)流動(dòng)的相似原理與近似?；瘜?shí)驗(yàn)第14頁/共50頁第十四頁，共50頁。211gtglmpVVC CC CFrFrCC 21ptppmpLLVVVtC CCCEuEuCC C CC CCCC 2211tmplltlVC CCCReReCCCCC 相似(xin s)指標(biāo)涉及的物理量即可組合成一個(gè)無量綱量即相似(xin s)準(zhǔn)則數(shù)第二節(jié)第二節(jié) 流動(dòng)的相似原理與近似流動(dòng)的相似原理與近似(jn s)?；；瘜?shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)第15頁/共50頁第十五頁，共50頁。 2. 流體力學(xué)中的常用相似(xin s)準(zhǔn)則數(shù)流動(dòng)相似時(shí)，兩個(gè)流場的歐拉數(shù)一定相等流動(dòng)相似時(shí)，兩個(gè)流場的歐拉數(shù)一定相等(xingdng)。Eu數(shù)數(shù)表明流

12、場內(nèi)壓差力與慣性力之比，描述了兩流場間壓差力的表明流場內(nèi)壓差力與慣性力之比，描述了兩流場間壓差力的相似。壓差對(duì)流問題。相似。壓差對(duì)流問題。流場慣性力與重力之比，表明兩個(gè)流場的重力場相似流場慣性力與重力之比，表明兩個(gè)流場的重力場相似(xin s)。明。明渠流動(dòng)、船舶波動(dòng)阻力問題。渠流動(dòng)、船舶波動(dòng)阻力問題。歐拉數(shù)：歐拉數(shù)：2pEuV弗勞德數(shù)：弗勞德數(shù)：VFrgl第16頁/共50頁第十六頁，共50頁。流場慣性力與粘性力之比，表示流場中粘性力作用的相似。流場慣性力與粘性力之比，表示流場中粘性力作用的相似。管內(nèi)粘性流動(dòng)管內(nèi)粘性流動(dòng)(lidng)(lidng)、外部繞流的摩擦阻力問題。、外部繞流的摩擦阻力

13、問題。雷諾數(shù)：雷諾數(shù)：Re=DV/馬赫數(shù)：馬赫數(shù)：Ma=V/a流場慣性力與彈性力之比，表示流場慣性力與彈性力之比，表示(biosh)流場彈性力流場彈性力/壓縮性影響的相壓縮性影響的相似，在可壓縮流動(dòng)（似，在可壓縮流動(dòng)（Ma0.3)中是一個(gè)重要準(zhǔn)則。中是一個(gè)重要準(zhǔn)則。第二節(jié)第二節(jié) 流動(dòng)的相似原理流動(dòng)的相似原理(yunl)與近似?；c近似?；瘜?shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)第17頁/共50頁第十七頁，共50頁。 根據(jù)相似原理，在幾何相似、邊界條件和初始條件相似的前提下，根據(jù)相似原理，在幾何相似、邊界條件和初始條件相似的前提下，只要所有的相似準(zhǔn)則相等只要所有的相似準(zhǔn)則相等(xingdng)(xingdng)，則流場必定相似

14、，并且互為，則流場必定相似，并且互為充分必要條件。充分必要條件。/()VWeL流場中表面張力流場中表面張力(biominzhngl)(biominzhngl)的相似。毛細(xì)的相似。毛細(xì)管內(nèi)流動(dòng)問題管內(nèi)流動(dòng)問題 相似相似(xin(xin s) s)準(zhǔn)則數(shù)的冪、加準(zhǔn)則數(shù)的冪、加/ /減常參數(shù)后仍為該減常參數(shù)后仍為該準(zhǔn)則數(shù)。準(zhǔn)則數(shù)。韋伯?dāng)?shù)：韋伯?dāng)?shù)：第二節(jié)第二節(jié) 流動(dòng)的相似原理與近似?；瘜?shí)驗(yàn)流動(dòng)的相似原理與近似?；瘜?shí)驗(yàn)第18頁/共50頁第十八頁，共50頁。 模型實(shí)驗(yàn)以相似原理為基礎(chǔ)模型實(shí)驗(yàn)以相似原理為基礎(chǔ)(jch)(jch)，按一定規(guī)則改，按一定規(guī)則改變流動(dòng)參數(shù)（如流體介質(zhì)、流動(dòng)速度與流場尺寸）來設(shè)計(jì)模

15、變流動(dòng)參數(shù)（如流體介質(zhì)、流動(dòng)速度與流場尺寸）來設(shè)計(jì)模型實(shí)驗(yàn)臺(tái)，然后利用相似原理整理模型實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)，找型實(shí)驗(yàn)臺(tái)，然后利用相似原理整理模型實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)，找出其規(guī)律，并將之應(yīng)用于所有與模型相似的實(shí)際流動(dòng)。出其規(guī)律，并將之應(yīng)用于所有與模型相似的實(shí)際流動(dòng)。3. 模型模型(mxng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)第二節(jié)第二節(jié) 流動(dòng)流動(dòng)(lidng)的相似原理與近似模的相似原理與近似?；瘜?shí)驗(yàn)化實(shí)驗(yàn)第19頁/共50頁第十九頁，共50頁。 兩種流動(dòng)兩種流動(dòng)(模型和原型模型和原型)滿足幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)滿足幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似，即所有的準(zhǔn)則數(shù)力相似，即所有的準(zhǔn)則數(shù)(Re, Eu, Ma, Fr)分別相等，分別相等，且

16、具有相似的相似的初始且具有相似的相似的初始(ch sh)和邊界條件。和邊界條件。 但是，同時(shí)滿足幾個(gè)相似準(zhǔn)則數(shù)都相等，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)但是，同時(shí)滿足幾個(gè)相似準(zhǔn)則數(shù)都相等，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中實(shí)現(xiàn)很困難，有時(shí)根本辦不到。過程中實(shí)現(xiàn)很困難，有時(shí)根本辦不到。4. 全面的力學(xué)全面的力學(xué)(l xu)相似相似第二節(jié)第二節(jié) 流動(dòng)的相似原理與近似流動(dòng)的相似原理與近似(jn s)模?；瘜?shí)驗(yàn)化實(shí)驗(yàn)第20頁/共50頁第二十頁，共50頁。21glmpVC CFrFrC1mplVCReReCC 5. 為什么要進(jìn)行近似模型為什么要進(jìn)行近似模型(mxng)實(shí)驗(yàn)？實(shí)驗(yàn)？取取Cl=0.1，Cg=1, 則則CV=0.316取取Cl=0.1

17、，若，若CV=0.316 ,則則C =0.0316取取Cl=0.1,若若C =1,則則CV=10若滿足若滿足(mnz)Re數(shù)相等：數(shù)相等：對(duì)于同一種流體，若同時(shí)對(duì)于同一種流體，若同時(shí)(tngsh)滿足滿足Fr數(shù)相等：數(shù)相等：因此，速度比例系數(shù)因此，速度比例系數(shù)CV產(chǎn)生了矛盾。產(chǎn)生了矛盾。為了解決這個(gè)矛盾，采用不同動(dòng)力粘度的介質(zhì)，先滿足為了解決這個(gè)矛盾，采用不同動(dòng)力粘度的介質(zhì)，先滿足Fr 數(shù)，然后計(jì)數(shù)，然后計(jì)算滿足算滿足Re數(shù)需要的介質(zhì)粘度，即：數(shù)需要的介質(zhì)粘度，即：在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中，找到一種介質(zhì)的動(dòng)力粘度為原型介質(zhì)在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中，找到一種介質(zhì)的動(dòng)力粘度為原型介質(zhì)1/31.6，很難辦到。很難辦

18、到。第二節(jié)第二節(jié) 流動(dòng)的相似原理與近似?；瘜?shí)驗(yàn)流動(dòng)的相似原理與近似?；瘜?shí)驗(yàn)第21頁/共50頁第二十一頁，共50頁。第二節(jié) 流動(dòng)的相似原理與近似(jn s)模化實(shí)驗(yàn)圖圖1 水與空氣水與空氣(kngq)粘粘度值度值第22頁/共50頁第二十二頁，共50頁。說明原因：說明原因： 當(dāng)定性準(zhǔn)則只有兩個(gè)時(shí)，模型中流體介質(zhì)選擇要受模型尺寸選擇的限當(dāng)定性準(zhǔn)則只有兩個(gè)時(shí)，模型中流體介質(zhì)選擇要受模型尺寸選擇的限制，若定性準(zhǔn)則有三個(gè)時(shí)，除介質(zhì)的選擇受限制外，流體的其他物理量制，若定性準(zhǔn)則有三個(gè)時(shí)，除介質(zhì)的選擇受限制外，流體的其他物理量也要相互受限制，這就使得也要相互受限制，這就使得(sh de)模型設(shè)計(jì)難以進(jìn)行。因此

19、，工程上模型設(shè)計(jì)難以進(jìn)行。因此，工程上常常采用近似的模型實(shí)驗(yàn)方法常常采用近似的模型實(shí)驗(yàn)方法(近似?；ń颇；?，即：，即： 滿足主要定性準(zhǔn)則，抓住主要問題的主要方面。滿足主要定性準(zhǔn)則，抓住主要問題的主要方面。第二節(jié)第二節(jié) 流動(dòng)的相似流動(dòng)的相似(xin s)原理與近似原理與近似?；瘜?shí)驗(yàn)?zāi)；瘜?shí)驗(yàn)第23頁/共50頁第二十三頁，共50頁。 對(duì)于重力為主要因素的流動(dòng)(lidng)，按Fr準(zhǔn)則設(shè)計(jì)相似模型。如明渠/河道流動(dòng)(lidng)、船舶的波動(dòng)阻力問題。采用Fr準(zhǔn)則，相似流場間有：Eum=Eup 幾何幾何(j h)相似、相似、Frm=Frp(1) Fr?；；?6. 常用常用(chn yn)的

20、近似模型實(shí)驗(yàn)的近似模型實(shí)驗(yàn)方法方法相似相似1 21 2/1VlVlCCCC=22/1VppVC CCCC Crr=22FVlCC C Cr=第二節(jié)第二節(jié) 流動(dòng)的相似原理與近似?；瘜?shí)驗(yàn)流動(dòng)的相似原理與近似?；瘜?shí)驗(yàn)第24頁/共50頁第二十四頁，共50頁。(2) Re ?；；?對(duì)于粘性作用為主導(dǎo)因素的流場，可按對(duì)于粘性作用為主導(dǎo)因素的流場，可按Re相等設(shè)計(jì)相等設(shè)計(jì)(shj)相似相似模型。如管內(nèi)流動(dòng)，流體機(jī)械內(nèi)的流動(dòng)模型。如管內(nèi)流動(dòng)，流體機(jī)械內(nèi)的流動(dòng)/外部繞流的摩阻和形阻外部繞流的摩阻和形阻計(jì)算問題。采用計(jì)算問題。采用Re準(zhǔn)則，相似流場間有：準(zhǔn)則，相似流場間有： Eum=Eup 幾何幾何(j h

21、)相似、相似、Rem=Rep相似相似(xin s)/1VlC C Cn=22/1VppVC CCCC Crr=22FVlCC C Cr=第二節(jié)第二節(jié) 流動(dòng)的相似原理與近似?；瘜?shí)驗(yàn)流動(dòng)的相似原理與近似?；瘜?shí)驗(yàn)第25頁/共50頁第二十五頁，共50頁。 (3) Eu ?；?在某些條件下，管內(nèi)的流動(dòng)速度不再受在某些條件下，管內(nèi)的流動(dòng)速度不再受Re數(shù)的影響（自?；癄顟B(tài)數(shù)的影響（自?；癄顟B(tài)(zhungti)），此時(shí)可僅考慮），此時(shí)可僅考慮Euler準(zhǔn)則。相似流場間有：準(zhǔn)則。相似流場間有： 幾何幾何(j h)相似、相似、Eum=Eup 阻力自?；F(xiàn)象：粘性力作用自動(dòng)阻力自?；F(xiàn)象：粘性力作用自動(dòng)(zdng

22、)相似相似第一自模區(qū)：第一自模區(qū)：Re2000第二自模區(qū)：水力粗糙湍流區(qū)第二自模區(qū)：水力粗糙湍流區(qū)速度分布相似速度分布相似22/1VppVC CCCC Crr=22FVlCC C Cr=第二節(jié)第二節(jié) 流動(dòng)的相似原理與近似?；瘜?shí)驗(yàn)流動(dòng)的相似原理與近似?；瘜?shí)驗(yàn)第26頁/共50頁第二十六頁，共50頁。 第二節(jié)第二節(jié) 流動(dòng)流動(dòng)(lidng)的相似原理與近的相似原理與近似?；瘜?shí)驗(yàn)似?；瘜?shí)驗(yàn)圖圖2 Moody 圖圖第27頁/共50頁第二十七頁，共50頁。第三節(jié)流體力學(xué)基本量測(cè)量儀表的選擇(xunz)與標(biāo)定1. 儀表的選擇壓力傳感器的選擇：(1) 電阻應(yīng)變(yngbin)式壓力傳感器金屬電阻絲應(yīng)變(yngb

23、in)片+彈性元件 影響因素： 金屬電阻(絲/箔)的溫度系數(shù)； 金屬電阻膨脹系數(shù)； 彈性元件的線性膨脹系數(shù)； 特點(diǎn)特點(diǎn)(tdin)： 電橋自溫度補(bǔ)償：溫度補(bǔ)償片電橋自溫度補(bǔ)償：溫度補(bǔ)償片 精度低；精度低；圖圖3 電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片(a) 絲繞式絲繞式 (b) 箔式箔式第28頁/共50頁第二十八頁，共50頁。第三節(jié)流體力學(xué)基本(jbn)量測(cè)量儀表的選擇與標(biāo)定1. 儀表的選擇(2) 壓阻式壓力傳感器 (半導(dǎo)體晶體的壓阻效應(yīng)) 影響因素： 半導(dǎo)體的電阻溫度系數(shù)遠(yuǎn)高于金屬電阻； 特點(diǎn)： 全電橋式自溫度補(bǔ)償(bchng)+二極管對(duì)稱接地； 精度高； 通常半導(dǎo)體擴(kuò)散硅電阻變化的靈敏度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于應(yīng)變片，大

24、約為100倍。圖圖4 壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器(a) 擴(kuò)散擴(kuò)散(kusn)硅膜片硅膜片 (b) 傳感器結(jié)構(gòu)傳感器結(jié)構(gòu)圖圖5 壓阻式壓力傳感器的溫度補(bǔ)償壓阻式壓力傳感器的溫度補(bǔ)償?shù)?9頁/共50頁第二十九頁，共50頁。第三節(jié)流體力學(xué)基本(jbn)量測(cè)量儀表的選擇與標(biāo)定1. 儀表(ybio)的選擇(3)電容式壓力壓差變送器 圖圖6 電容式壓力電容式壓力(yl)壓差變送器壓差變送器第30頁/共50頁第三十頁，共50頁。第三節(jié)流體力學(xué)基本(jbn)量測(cè)量儀表的選擇與標(biāo)定1. 儀表的選擇(3)電容式壓力壓差變送器 原理： 測(cè)量膜片兩側(cè)壓力的改變引起電極板間相對(duì)位置的變化，以此度量壓差的大小。特點(diǎn)

25、： 電容變化和輸入位移是非線性的； 可以輸出電壓、電流、頻率等信號(hào)； 結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好； 過載能力強(qiáng)， 自熱影響(yngxing)極小。第31頁/共50頁第三十一頁，共50頁。第三節(jié)流體力學(xué)基本量測(cè)量儀表的選擇(xunz)與標(biāo)定1. 儀表的選擇(4) 流速測(cè)量(cling)儀表的選擇： 皮托管； 三孔探針； 五孔探針； 熱線和熱膜測(cè)速； PIV (Particle Image Velocimetry)粒子測(cè)速； 激光測(cè)速 超聲波測(cè)速第32頁/共50頁第三十二頁，共50頁。第三節(jié)流體力學(xué)(li t l xu)基本量測(cè)量儀表的選擇與標(biāo)定2. 常用(chn yn)儀表的標(biāo)定(1) 壓力計(jì)的標(biāo)定圖

26、圖7 活塞式壓力計(jì)活塞式壓力計(jì)-測(cè)量測(cè)量(cling)與標(biāo)定與標(biāo)定第33頁/共50頁第三十三頁，共50頁。第三節(jié)流體力學(xué)基本(jbn)量測(cè)量儀表的選擇與標(biāo)定2. 常用儀表(ybio)的標(biāo)定(2) 液體流量計(jì)標(biāo)定 靜態(tài)容積法標(biāo)定靜態(tài)容積法標(biāo)定 靜態(tài)稱重靜態(tài)稱重(chn zhn)法標(biāo)定法標(biāo)定 動(dòng)態(tài)容積法標(biāo)定動(dòng)態(tài)容積法標(biāo)定 動(dòng)態(tài)稱重動(dòng)態(tài)稱重(chn zhn)法標(biāo)定法標(biāo)定 標(biāo)準(zhǔn)體積管法標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)體積管法標(biāo)定 標(biāo)準(zhǔn)表法標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)表法標(biāo)定圖圖8 上海理工大學(xué)研制的水流量計(jì)上海理工大學(xué)研制的水流量計(jì)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)裝置標(biāo)定實(shí)驗(yàn)裝置第34頁/共50頁第三十四頁，共50頁。圖圖9 靜態(tài)稱重靜態(tài)稱重(chn zhn)法液體流

27、量標(biāo)準(zhǔn)裝法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置置第35頁/共50頁第三十五頁，共50頁。圖圖10 靜態(tài)容積靜態(tài)容積(rngj)法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置第36頁/共50頁第三十六頁，共50頁。圖圖11 穩(wěn)壓容器結(jié)構(gòu)穩(wěn)壓容器結(jié)構(gòu)(jigu)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)第37頁/共50頁第三十七頁，共50頁。圖圖12 動(dòng)態(tài)稱重動(dòng)態(tài)稱重(chn zhn)法液體流量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置標(biāo)準(zhǔn)裝置第38頁/共50頁第三十八頁，共50頁。1.靜態(tài)稱重法裝置準(zhǔn)確度最高，可達(dá)靜態(tài)稱重法裝置準(zhǔn)確度最高，可達(dá)0.05-0.1%；2.可以采用準(zhǔn)確度高的稱量裝置，其極限誤可以采用準(zhǔn)確度高的稱量裝置，其極限誤差為被稱符合質(zhì)量的差為被稱符合質(zhì)

28、量的 0.005-0.05%；3.流體是在靜止?fàn)顟B(tài)下稱重的，稱重容器與流體是在靜止?fàn)顟B(tài)下稱重的，稱重容器與管路管路(un l)沒有任何機(jī)械聯(lián)系；沒有任何機(jī)械聯(lián)系；4.需要換向設(shè)備需要換向設(shè)備(如換向器、換向閥等如換向器、換向閥等)會(huì)產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差；生系統(tǒng)誤差；5.裝置結(jié)構(gòu)簡單，復(fù)現(xiàn)的流量范圍也寬；裝置結(jié)構(gòu)簡單，復(fù)現(xiàn)的流量范圍也寬；6.在一測(cè)量周期內(nèi)，經(jīng)過被檢流量計(jì)的液體在一測(cè)量周期內(nèi)，經(jīng)過被檢流量計(jì)的液體量與靜止稱重的液體量相同；量與靜止稱重的液體量相同；1.動(dòng)態(tài)稱重法裝置準(zhǔn)確度可達(dá)動(dòng)態(tài)稱重法裝置準(zhǔn)確度可達(dá)0.2-0.4%；2.雖然可以采用準(zhǔn)確度高的稱量裝置，雖然可以采用準(zhǔn)確度高的稱量裝置，

29、但其極限但其極限(jxin)誤差為由于動(dòng)態(tài)效應(yīng)，誤差為由于動(dòng)態(tài)效應(yīng)，只能為只能為 0.1-0.2%；3.流體是在動(dòng)止?fàn)顟B(tài)下稱重的，稱重容流體是在動(dòng)止?fàn)顟B(tài)下稱重的，稱重容器與管路有機(jī)械聯(lián)系，降低稱量的準(zhǔn)確器與管路有機(jī)械聯(lián)系，降低稱量的準(zhǔn)確度；度；4.不需要換向設(shè)備，沒有該項(xiàng)誤差；不需要換向設(shè)備，沒有該項(xiàng)誤差；5.裝置結(jié)構(gòu)更簡單，復(fù)現(xiàn)的流量范圍更裝置結(jié)構(gòu)更簡單，復(fù)現(xiàn)的流量范圍更寬；寬；6.在一測(cè)量周期內(nèi)，經(jīng)過被檢流量計(jì)的在一測(cè)量周期內(nèi)，經(jīng)過被檢流量計(jì)的液體量與動(dòng)態(tài)稱重的液體量不等；液體量與動(dòng)態(tài)稱重的液體量不等；表表1 動(dòng)靜態(tài)稱重法裝置動(dòng)靜態(tài)稱重法裝置(zhungzh)比較比較靜態(tài)稱重法靜態(tài)稱重法動(dòng)

30、態(tài)稱重法動(dòng)態(tài)稱重法第39頁/共50頁第三十九頁，共50頁。7.射流的沖擊力對(duì)稱量不影響；射流的沖擊力對(duì)稱量不影響；8.當(dāng)稱量容器充滿液體時(shí)，其重心升當(dāng)稱量容器充滿液體時(shí)，其重心升高，稱量時(shí)不影響準(zhǔn)確度；高，稱量時(shí)不影響準(zhǔn)確度；9.稱量裝置的輸出信號(hào)能同步跟隨稱稱量裝置的輸出信號(hào)能同步跟隨稱量容器的質(zhì)量量容器的質(zhì)量(zhling)變化，不受慣變化，不受慣性的滯后的影響；性的滯后的影響；10. 可作為原始的最高傳遞標(biāo)準(zhǔn)；可作為原始的最高傳遞標(biāo)準(zhǔn)；11.測(cè)量腐蝕性和毒性液體時(shí)需要采測(cè)量腐蝕性和毒性液體時(shí)需要采取保護(hù)措施；取保護(hù)措施；12.測(cè)量準(zhǔn)確度不受流體速度大小的測(cè)量準(zhǔn)確度不受流體速度大小的限制；

31、限制；13.在測(cè)量揮發(fā)性液體時(shí)，準(zhǔn)確度降在測(cè)量揮發(fā)性液體時(shí)，準(zhǔn)確度降低。低。7.射流的沖擊力對(duì)稱量產(chǎn)生影響；射流的沖擊力對(duì)稱量產(chǎn)生影響；8.對(duì)稱量容器產(chǎn)生推力，影響稱量的準(zhǔn)確對(duì)稱量容器產(chǎn)生推力，影響稱量的準(zhǔn)確度；度；9.稱量裝置的輸出信號(hào)不能同步跟隨稱量稱量裝置的輸出信號(hào)不能同步跟隨稱量容器的質(zhì)量變化，受慣性的滯后的影響，容器的質(zhì)量變化，受慣性的滯后的影響，產(chǎn)生系統(tǒng)誤差；產(chǎn)生系統(tǒng)誤差；10. 在一定的準(zhǔn)確度范圍內(nèi)，可作傳遞標(biāo)在一定的準(zhǔn)確度范圍內(nèi)，可作傳遞標(biāo)準(zhǔn)；準(zhǔn)；11.裝置本身容易實(shí)現(xiàn)密封裝置本身容易實(shí)現(xiàn)密封(mfng)，可用，可用于檢定有害液體的流量計(jì)；于檢定有害液體的流量計(jì)；12.只有在流

32、速低于只有在流速低于3m/s以下，可以獲得以下，可以獲得高準(zhǔn)確度和復(fù)現(xiàn)性；高準(zhǔn)確度和復(fù)現(xiàn)性；13.在測(cè)量揮發(fā)性液體時(shí)，不會(huì)降低準(zhǔn)確在測(cè)量揮發(fā)性液體時(shí)，不會(huì)降低準(zhǔn)確度。度。表表1 動(dòng)靜態(tài)動(dòng)靜態(tài)(jngti)稱重法裝置稱重法裝置比較比較(續(xù)續(xù))第40頁/共50頁第四十頁，共50頁。表表2 動(dòng)靜態(tài)容積法裝置動(dòng)靜態(tài)容積法裝置(zhungzh)比較比較靜態(tài)靜態(tài)(jngti)容積法容積法動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)(dngti)容積法容積法1. 靜態(tài)容積法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置準(zhǔn)確度為靜態(tài)容積法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置準(zhǔn)確度為0.05-0.2%；2. 沒有動(dòng)態(tài)效應(yīng)誤差；沒有動(dòng)態(tài)效應(yīng)誤差；3. 有換向器或換向閥等的系統(tǒng)和隨有換向器或換向閥等的系統(tǒng)和

33、隨機(jī)誤差；機(jī)誤差；4. 在同一測(cè)量周期內(nèi)，經(jīng)過被檢流在同一測(cè)量周期內(nèi)，經(jīng)過被檢流量計(jì)液體與工作量器測(cè)量值相等；量計(jì)液體與工作量器測(cè)量值相等；5. 實(shí)現(xiàn)測(cè)量腐蝕性、毒性和揮發(fā)性實(shí)現(xiàn)測(cè)量腐蝕性、毒性和揮發(fā)性流體較困難。流體較困難。1. 動(dòng)態(tài)容積法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置準(zhǔn)確度為動(dòng)態(tài)容積法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置準(zhǔn)確度為0.2-0.5%；2. 有動(dòng)態(tài)效應(yīng)誤差；有動(dòng)態(tài)效應(yīng)誤差；3. 沒有換向器或換向閥的誤差；沒有換向器或換向閥的誤差；4. 在同一測(cè)量周期內(nèi)，經(jīng)過被檢流量計(jì)的液在同一測(cè)量周期內(nèi)，經(jīng)過被檢流量計(jì)的液體與工作量器的測(cè)量值有誤差；體與工作量器的測(cè)量值有誤差；5. 容易實(shí)現(xiàn)測(cè)量腐蝕性、毒性和揮發(fā)性的流容易實(shí)現(xiàn)測(cè)量腐蝕性

34、、毒性和揮發(fā)性的流體。體。第41頁/共50頁第四十一頁，共50頁。第三節(jié)流體力學(xué)基本(jbn)量測(cè)量儀表的選擇與標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)表法標(biāo)定工作原理： 以標(biāo) 準(zhǔn) 流量計(jì)(可以是速度式流量計(jì)、容積式流量計(jì)、臨界流流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)和熱能(rnng)表等)為標(biāo)準(zhǔn)器，使流體在相同時(shí)間間隔內(nèi)連續(xù)通過標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)和被檢流量計(jì)，比較兩者的輸出流量值，從而確定被檢流量計(jì)的計(jì)量性能。標(biāo)準(zhǔn)體積管法標(biāo)定工作原理： 當(dāng)體積管內(nèi)的置換器在液體推動(dòng)下，以一定的速度先后觸發(fā)兩個(gè)檢測(cè)開關(guān)時(shí)，將置換出的液體導(dǎo)進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)器內(nèi)，由標(biāo)準(zhǔn)器的指示值經(jīng)換算求得體積管的標(biāo)準(zhǔn)容積值。第42頁/共50頁第四十二頁，共50頁。置換器：置換器： 球式體積管一般采用球式體積管一般采用表面光滑，無明顯劃痕的表面光滑，無明顯劃痕的中空彈性球作為中空彈性球作為(zuwi)置換器，球內(nèi)注滿水或乙置換器，球內(nèi)注滿水或乙二醇等液體，注液充壓時(shí)