建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù) 第4版 課件 Chapter 7 流速測(cè)量

第七章流速測(cè)量1建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)BuiltEnvironmenttestingtechnology第七章流速測(cè)量概述測(cè)壓管熱電風(fēng)速儀葉輪風(fēng)速儀激光多普勒測(cè)速儀粒子圖像測(cè)速技術(shù)流速測(cè)量?jī)x表的標(biāo)定流速測(cè)量應(yīng)用23熟悉測(cè)壓管和熱電風(fēng)速儀的工作原理和使用方法；掌握葉輪風(fēng)速儀、激光多普勒測(cè)速儀的工作原理和使用方法；熟悉粒子圖像測(cè)速技術(shù)的工作原理；了解流速測(cè)量?jī)x表的標(biāo)定方法。本章目標(biāo)7.1概述

描述流體流動(dòng)狀態(tài)的主要參數(shù)之一，也是重要的室外氣象參數(shù)和室內(nèi)環(huán)境評(píng)價(jià)參數(shù)。

流速和流量是對(duì)應(yīng)的。流速的測(cè)量方法動(dòng)力測(cè)壓法散熱效率測(cè)速法激光測(cè)速法機(jī)械測(cè)速法一、流速4測(cè)量方法測(cè)量原理特點(diǎn)典型儀器動(dòng)力測(cè)壓法一維管道流動(dòng)理論接觸式

測(cè)壓管散熱效率測(cè)速法表面熱交換，熱平衡原理接觸式熱電風(fēng)速儀機(jī)械測(cè)速法運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)能量、動(dòng)量原理接觸式葉輪風(fēng)速儀激光測(cè)速法多譜勒頻移原理非接觸式激光多譜勒測(cè)速儀流速的測(cè)量方法57.1概述7.2測(cè)壓管標(biāo)準(zhǔn)測(cè)壓管（畢托管）

應(yīng)用動(dòng)力測(cè)壓法測(cè)量流速的壓力感受元件為測(cè)壓管由總壓探頭和靜壓探頭組成。也叫動(dòng)壓管、風(fēng)速管。1-全壓測(cè)孔；2-感測(cè)頭；3-外管；4-靜壓測(cè)孔；5-內(nèi)管；6-管柱；7-靜壓引出接管；8-全壓引出接管一、測(cè)壓管677.2測(cè)壓管一、測(cè)壓管工作原理

A點(diǎn)為正常流速，壓力為動(dòng)壓+靜壓，

B點(diǎn)流速為0，壓力為滯止壓力(即全壓)，根據(jù)伯努利方程式：87.2測(cè)壓管修正原因修正系數(shù)修正公式測(cè)頭能量損失測(cè)壓管的校正系數(shù)1.02～1.04氣流速度過大，氣體可壓縮性氣體可壓縮性系數(shù)e公式修正與Ma（馬赫數(shù)）相關(guān)M0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.00250.01000.02250.04000.06200.09000.12800.17300.21900.275097.2測(cè)壓管上限不得超過相當(dāng)于馬赫數(shù)M＝0.25時(shí)的流速被測(cè)流體全壓測(cè)孔直徑上Re大于200測(cè)量斷面須處于平穩(wěn)流動(dòng)區(qū)，必要時(shí)提高整流段全壓孔迎向來流方向，偏差<8o靜壓孔垂直流動(dòng)方向清潔氣流測(cè)量方法要點(diǎn)107.2測(cè)壓管S型測(cè)壓管

S型測(cè)壓管的開孔面積較大，減少了被粉塵堵塞的可能，可保證測(cè)定的正常進(jìn)行。結(jié)構(gòu)：直形等徑并行并列管，測(cè)頭管口相背長(zhǎng)度300～3000mm。迎向流體管口測(cè)全壓，背向流體管口測(cè)靜壓特點(diǎn)：使用方便，不易堵塞；但誤差較大用途：一維含塵流場(chǎng)單點(diǎn)測(cè)速使用方法：將其中一個(gè)管口正對(duì)來流方向（讀數(shù)最大的方向）117.2測(cè)壓管PJPQPJPQ畢托管測(cè)風(fēng)速127.2測(cè)壓管阿牛巴測(cè)壓管（1）笛形均速管結(jié)構(gòu)：全壓管上對(duì)稱開若干個(gè)孔，靜壓測(cè)孔與全壓孔相背特點(diǎn)：每?jī)蓚€(gè)對(duì)稱孔代表一個(gè)等面積環(huán)面，各全壓孔壓力

在全壓管內(nèi)混合后代表管道平均全壓用途：圓形風(fēng)管多點(diǎn)平均風(fēng)速測(cè)量137.2測(cè)壓管（2）環(huán)形均速管在管道內(nèi)設(shè)置若干與管道同心的空心細(xì)環(huán)管，每個(gè)環(huán)管代表一個(gè)等面積環(huán)面，各環(huán)管上迎向來流方向?qū)ΨQ開若干個(gè)全壓孔，以徑向細(xì)管接通各環(huán)管，所有全壓孔壓力混合后代表管道平均全壓。

147.2測(cè)壓管多元復(fù)合測(cè)壓管

結(jié)構(gòu)：測(cè)頭上有一個(gè)全壓測(cè)孔和對(duì)稱分布若干互成90°的測(cè)孔，每個(gè)測(cè)孔經(jīng)傳壓管與測(cè)壓儀表相連類型：二元復(fù)合測(cè)壓管（三孔測(cè)頭）三元復(fù)合測(cè)壓管（五孔測(cè)頭）用途：同時(shí)測(cè)量流體的速度和方向三孔測(cè)頭五孔測(cè)頭157.2測(cè)壓管7.3熱電風(fēng)速儀工作原理

利用通電探頭在流場(chǎng)中的散熱量與流場(chǎng)速度之間存在一定關(guān)系來測(cè)定速度的。

根據(jù)熱平衡原理，有Q1=Q2探頭在流場(chǎng)的散熱量：探頭產(chǎn)生的熱量：

其中

e為溫度為tf時(shí)探頭的電阻溫度系數(shù)；R0為tf時(shí)探頭的電阻。16帶入平衡方程得式中

e，R0，A，B皆為常數(shù)，可見I，R，v之間存在著確定的函數(shù)關(guān)系。將

1.當(dāng)Is=常數(shù)： 為恒流風(fēng)速計(jì)

2.當(dāng)Rs=常數(shù)： 為恒溫風(fēng)速計(jì)177.3熱電風(fēng)速儀恒流型通過熱線的電流保持為恒定值，測(cè)量熱線溫度變化推算流速恒溫型熱線的溫度保持為恒定值，測(cè)量通過熱線的電流推算流速187.3熱電風(fēng)速儀組成

探頭和指示儀表熱電風(fēng)速儀探頭形式

一元熱線三元熱線熱膜

197.3熱電風(fēng)速儀組成熱線式熱電風(fēng)速儀：溫度傳感器焊接在電熱絲的中間熱球式熱電風(fēng)速儀：溫度傳感器與電熱線圈不接觸以玻璃球固定在一起207.3熱電風(fēng)速儀ITT→vI→v恒流型恒溫型熱線風(fēng)速儀217.3熱電風(fēng)速儀恒流式風(fēng)速儀(第一代風(fēng)速儀,五十年代以前)

調(diào)節(jié)電阻的過程中，熱絲溫度發(fā)生變化，受熱絲熱慣性的影響，需要一定時(shí)間后才能達(dá)到熱平衡，之后才能進(jìn)行讀數(shù)測(cè)量，響應(yīng)慢。恒溫式風(fēng)速儀(第二代風(fēng)速儀,五十年代以后)測(cè)量電流變化，反應(yīng)快,時(shí)間常數(shù)小，熱滯后效應(yīng)小，頻率響應(yīng)寬(1MHz)。227.3熱電風(fēng)速儀IT→v恒流型熱球風(fēng)速儀237.3熱電風(fēng)速儀①影響熱線動(dòng)態(tài)特性的主要因素在于熱線的熱容。②熱線長(zhǎng)度越小，直徑越小，熱容越小，熱滯后越輕微，動(dòng)態(tài)性能越好。③由于測(cè)量電路的原因，恒流型比恒溫型的動(dòng)態(tài)特性更好。動(dòng)態(tài)特性247.3熱電風(fēng)速儀使用注意事項(xiàng)熱電風(fēng)速儀可用于測(cè)量管道內(nèi)的風(fēng)速或室內(nèi)空氣流速(1)讀數(shù)除了與通過探頭的電流或測(cè)頭溫度有關(guān)外，還與被測(cè)介質(zhì)溫度、探頭的表面換熱特性有關(guān)。需要測(cè)出被測(cè)介質(zhì)溫度進(jìn)行溫度補(bǔ)償修正。要防止因探頭灰塵、油污等而改變表面換熱特性。(2)探頭連線很細(xì)，因此容易損壞而不易修復(fù)防止碰撞不能在夾帶固體顆粒的氣流中使用257.3熱電風(fēng)速儀使用注意事項(xiàng)(3)測(cè)量時(shí)應(yīng)將標(biāo)記紅色小點(diǎn)一面迎向氣流，防止叉桿阻擋氣流(4)對(duì)不穩(wěn)定氣流，應(yīng)讀取指針擺動(dòng)區(qū)間的中間值，或參考指示值出現(xiàn)的頻率來確定267.3熱電風(fēng)速儀

葉輪風(fēng)速儀由葉輪和計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)組成，它是以氣流動(dòng)壓力推動(dòng)機(jī)械裝置來顯示風(fēng)速的儀表。風(fēng)速儀的敏感元件為輕型的葉輪，通常用金屬鋁制成，分為翼形和杯形兩種。風(fēng)速計(jì)算公式：u——測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速值，m/s；

s——葉輪風(fēng)速儀指針示值，m；

τ——葉輪風(fēng)速儀的有效測(cè)定時(shí)間，s277.3熱電風(fēng)速儀287.4葉輪風(fēng)速儀測(cè)壓前需調(diào)零測(cè)定時(shí)必須將葉輪風(fēng)速儀全部置于氣流中氣流方向應(yīng)垂直于葉輪的平面待氣流推動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)20～30秒后再啟動(dòng)開關(guān)開始測(cè)量測(cè)定完畢應(yīng)將指針回零讀得風(fēng)速值后還應(yīng)在儀器所附的校正曲線上查得實(shí)際的風(fēng)速值使用注意事項(xiàng)29機(jī)械強(qiáng)度大測(cè)量范圍廣可測(cè)量0.5~10至數(shù)十m/s的風(fēng)速分辨率一般在0.1m/s左右

特點(diǎn)307.4葉輪風(fēng)速儀7.5激光多普勒風(fēng)速儀

Laser(LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation)意為“受激發(fā)射的輻射光放大”，1964年按照我國(guó)著名科學(xué)家錢學(xué)森建議將“光受激發(fā)射”改稱“激光”。原理早在1917年已被著名的物理學(xué)家愛因斯坦發(fā)現(xiàn)。1960年美國(guó)休斯實(shí)驗(yàn)室的H.Maiman成功地制成第一臺(tái)激光器激光的優(yōu)點(diǎn)：高度的方向性單色性相干性高亮度超短脈沖可調(diào)諧性31當(dāng)光源與光接收器之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，發(fā)射光波與接收光波之間會(huì)產(chǎn)生頻率偏移，稱作多普勒頻移。其大小與光源和光接收器之間相對(duì)速度有關(guān)，這種現(xiàn)象稱為光學(xué)多普勒效應(yīng)。327.5激光多普勒風(fēng)速儀激光多普勒測(cè)速的雙散射系原理組成

激光照射到跟隨流體一起運(yùn)動(dòng)的微粒上，激光被運(yùn)動(dòng)著的微粒所散射，散射光的頻率和入射光的多普勒頻移與微粒的速度即流體的速度成正比，測(cè)量這個(gè)頻移就可以測(cè)得流體的速度。（1）激光器（2）入射光系統(tǒng)（3）接收光系統(tǒng)(包括光檢測(cè)器)（4）信號(hào)處理器（5）微機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)337.5激光多普勒風(fēng)速儀典型激光多普勒測(cè)速系統(tǒng)

典型激光多普勒測(cè)速系統(tǒng)由激光器、入射光系統(tǒng)、接收光系統(tǒng)（包括光檢測(cè)器）、信號(hào)處理器和微機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成。347.5激光多普勒風(fēng)速儀優(yōu)點(diǎn)

①無接觸測(cè)量②動(dòng)態(tài)響應(yīng)快③空間分辯率高④嚴(yán)格線性化測(cè)量⑤測(cè)量精度高⑥測(cè)速范圍廣且測(cè)量方向特性穩(wěn)定缺點(diǎn)

①價(jià)格昂貴②必須在被測(cè)設(shè)備上設(shè)置透光窗③必須在流體中散播適當(dāng)尺寸和濃度的粒子357.5激光多普勒風(fēng)速儀7.6粒子圖像測(cè)速技術(shù)背景激光多普勒測(cè)速儀和熱線流速儀都屬于單點(diǎn)測(cè)量技術(shù)，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)流場(chǎng)的全場(chǎng)、瞬態(tài)測(cè)量。主要優(yōu)勢(shì)能夠提供瞬時(shí)全場(chǎng)流動(dòng)的定量信息，使流動(dòng)可視化研究實(shí)現(xiàn)從定性到定量的飛躍。粒子圖像測(cè)速技術(shù)(ParticleImageVelocimetry,PIV)

36基本原理PIV是通過多次攝像記錄流場(chǎng)中粒子的位置，并分析處理攝得的圖像，從而獲得流場(chǎng)的速度分布。應(yīng)用范圍微尺度流動(dòng)測(cè)量(微米量級(jí))空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)速度測(cè)試水流速度測(cè)量環(huán)境研究生物醫(yī)學(xué)研究等377.6粒子圖像測(cè)速技術(shù)PIV系統(tǒng)的組成：示蹤粒子、光學(xué)照明部分、圖像采集部分和圖像處理部分。387.6粒子圖像測(cè)速技術(shù)7.7流速測(cè)量?jī)x表的標(biāo)定

流速測(cè)量?jī)x表的標(biāo)定過程實(shí)際上是在均勻、穩(wěn)定的流場(chǎng)中將被標(biāo)定的儀表測(cè)得的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)儀表測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果得出被標(biāo)定的儀表的修正系數(shù)或特性曲線。標(biāo)定目的

確定測(cè)壓管的校正系數(shù)、方向特性等標(biāo)定設(shè)備39校正風(fēng)洞結(jié)構(gòu)示意圖1—風(fēng)機(jī)段2—擴(kuò)散段3—測(cè)量段4—細(xì)收縮段5—工作段6—粗收縮段7—穩(wěn)定段40射流式校正風(fēng)洞1—待標(biāo)定測(cè)壓管；2—收縮段；3—穩(wěn)定段；4—整流柵；5—進(jìn)口過渡段417.7流速測(cè)量?jī)x表的標(biāo)定測(cè)壓管的標(biāo)定確定測(cè)壓管的讀數(shù)校正系數(shù)、方向特性風(fēng)速校正系數(shù)：風(fēng)壓校正系數(shù)：：標(biāo)準(zhǔn)測(cè)壓管和被校測(cè)壓管測(cè)得的風(fēng)速值；：標(biāo)準(zhǔn)測(cè)壓管和被校測(cè)壓管測(cè)得的動(dòng)壓值。、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)壓管標(biāo)定目的標(biāo)準(zhǔn)儀器讀數(shù)校正系數(shù)427.7流速測(cè)量?jī)x表的標(biāo)定方向校正系數(shù)

若測(cè)壓管和氣流來流方向在水平和垂直方向若存在角度為a、d的偏差，分別可用系數(shù)和修正。當(dāng)a=0時(shí)當(dāng)d=0時(shí)437.7流速測(cè)量?jī)x表的標(biāo)定熱電風(fēng)速儀的標(biāo)定標(biāo)定目的標(biāo)準(zhǔn)儀器

獲得流體速度與恒流型熱電風(fēng)速儀測(cè)頭溫度、恒溫型熱電風(fēng)速儀的電勢(shì)的真實(shí)響應(yīng)關(guān)系激光多普勒測(cè)速儀或標(biāo)準(zhǔn)熱電風(fēng)速儀利用標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞標(biāo)定的在校正風(fēng)洞中或其他已知流體流動(dòng)速度的流場(chǎng)中，在幾個(gè)不同的速度下，利用標(biāo)準(zhǔn)熱電風(fēng)速儀測(cè)量出風(fēng)速，對(duì)恒流型熱電風(fēng)速儀測(cè)量熱電風(fēng)速儀測(cè)頭的溫度，對(duì)恒溫型熱電風(fēng)速儀同時(shí)測(cè)量被標(biāo)定儀器的電流（或電勢(shì)），做出相應(yīng)的標(biāo)定曲線。標(biāo)定方法447.7流速測(cè)量?jī)x表的標(biāo)定測(cè)量?jī)x器的選用平均或者脈動(dòng)風(fēng)速平均風(fēng)速：都能測(cè)量脈動(dòng)風(fēng)速：熱線風(fēng)速大小高風(fēng)速：在本專業(yè)使用范圍內(nèi)（<15m/s)，都能測(cè)量低風(fēng)速(<2.5m/s)：

熱線，熱球，轉(zhuǎn)杯

7.8流速測(cè)量的應(yīng)用45管道流量

都能測(cè)量，但方法不相同。

畢托管和熱線不能象轉(zhuǎn)杯一樣在截面均勻移動(dòng)流速場(chǎng)

畢托管，熱線，熱球流動(dòng)方向

畢托管和熱線均可測(cè)，但精度不夠高?？梢允褂?/p>

復(fù)合測(cè)壓管和多絲熱線。一般常用細(xì)線或者釋放

煙霧的方法，用畢托管或者熱線輔助測(cè)量。

467.8