现代工程控制中的测试与检测技术(10气流速度测量)讲解课件.ppt

1、复习复习 2-2 压力测量压力测量重力与被测压力平衡的测压方法（液柱法）重力与被测压力平衡的测压方法（液柱法） 弹性力与被测压力平衡的测压方法（压力表等）弹性力与被测压力平衡的测压方法（压力表等） 利用物质与压力有关的物理性质测压（压阻、压电等）利用物质与压力有关的物理性质测压（压阻、压电等）2-2-2 气流压力测量气流压力测量基于伯努利方程和理想流体绕流物体的势流理论。静压 p 静压管 绕流物体Cp=0处开孔取压总压 p* 总压管 绕流物体Cp=1处开孔取压2-3 气流速度测量气流速度测量 目的目的：要了解热力机械运行状况及工作过程，需要测量气流速度。 气流速度测量方法 1、以空气动力学为基

2、础、通过测压确定流速，典型仪器是测压管（中、高速） 。 2、研究流体某些流动特性时（湍流） ，热线（膜）风速仪是一种合适的仪器。 3、激光多普勒测速技术，为热力机械中气流速度测量提供了有效的工具（全范围）。 4、PIV(particle image velocimetry)或PTV 5、激光干涉、全息等。2-2-1 测压管与测速技术测压管与测速技术 一、 气流速率测量 动压管 气流速度测量的基础是伯努利方程。对不可压流体： 气流总压、静压可分别用总压管、静压管测量。 动压管：动压管：测量气流速率的测压管是动压管。 L型动压管（毕托管）最常用。将L型静压管和动压管同心地套在一起构成，可同时测量（

3、p*-p）。221*vpp)*(2ppv 由于工艺上的原因，测得的总、静压之差不是流场同一点的（p*-p），不能准确地反映出气流速率，应修正。引入校准系数 p*/和p/为动压管总压和静压的读数，则对可压缩性流体，应为 气流密度，是气体静温、静压（气流未受扰动前）的函数。x 须标定。对标准L型动压管，保持在1.021.04，可不标定。 *ppppxx) *(2ppvx)1 () *(2ppv 笛形动压管主要用于测量大尺寸流道内的平均动压，以得到平均流速。 垂直安装在流道内，按等环面积开孔，迎着气流方向，得平均总压。 在流道壁面上开 静压孔。 保证刚度前提下， 直径d要尽量小，常取 dD=0.04

4、0.09。 总压孔尽量小，但不能堵塞。 2气流方向测量 方向管 圆柱型方向管测向原理 垂直于轴线的平面内，沿径向开两孔1、3，夹角为2，气流方向，与“1”、“3”平分线之夹角为于是： )(sin41 21221vpp)(sin41 21223vpp3平面气流速度测量 复合测压管 园柱三孔复合测压管测平面二维气流速度，同时可测p*、p，最后确定气流速度和方向。 复合测压管测量原理结构 设一平面气流，速度v方向测量 对向，转动测 压管，寻 p1= p3位置，确定 气流方向（在1，3平分线上）总压、静压、速度测量p1= p3 时，有： （测总压p*） 2221*vppp圆柱三孔测压管气流方向、几何轴

5、线、气动轴线园柱三孔复合测压管 使用： 1）、对向测量 使 p1= p3 2）、不对向测量 不必 p1= p3四、空间气流速度测量四、空间气流速度测量 三元复合测压管三元复合测压管 要点： 1) 三元复合测压管（球型五孔）测空间气流速度的基本原理。 2)2) 三元复合测压管的校准曲线，及利用校准曲线确定流速的方法。2-2-2 2-2-2 热线、热膜风速仪热线、热膜风速仪 1）、滞后小、响应快，可测量非稳定气流速度，截止频率可达80KHz或更高，如用于湍流测量。 2）、探头小，可置于测压管难以安置的地方使用。 1工作原理与热线方程工作原理与热线方程 利用置于气流中通电的热线探头的（强制对流换热）

6、热损失与流速间的关系来测量流速。 热线探头：支架、热线和热膜。常用热线探头如图示。 热线：直径：d=35m；长度：l300d。 热线材料：铂丝或钨丝 结构：一元、二元、三元探头 基本工作原理基本工作原理 热线探头置于气流中，气流速度v垂直于热线，且在热线与支杆所成的平面内；热线通以电流I，则产生的热量 Q1=I2R R为热线电阻值 热线探头以对流方式与气流换热，热线散失的热量为 Q2= F(tw-tf) 热平衡时， Q1 =Q2 I2R= F(tw-tf) R=f1(tw)（探头一定时，材料、尺寸一定） =f2(v) （流体一定时，物性参数、流动状态参数一定）。若tf 一定（tf 变化，可修正

7、或补偿，使之保持稳定），则： v = f(I,tw) 工作原理:tf 一定时，流速一定时，流速v只是电流只是电流I和热线温度和热线温度tw的函数的函数工作原理：tf 一定时，流速v只是电流I和热线温度tw的函数 热线风速仪的二种工作方式热线风速仪的二种工作方式恒流方式： 固定I ， v= f (tw) ， 由twv恒温方式： 固定tw ，v= f (I ) ， 由Iv 热线方程热线方程 在恒温方式下，热线电流与气流速度的关系，可由热线方程表达： 式中：a、b 常数。与流体流动参数、探头结构、材料性质有关，且是带有流体温度有别于t0时的附加修正系数。 n 常数,推荐值为0.5 层流强制对流层流强

8、制对流 恒温方式恒温方式 热线的电阻热线的电阻/温度特性温度特性 热平衡热平衡nbvaI2热线方程成立的条件：热线方程成立的条件： 热线视为无限长、表面光滑的圆柱体，忽略支架的导热损失 气流稳定，流速方向与热线垂直，且在热线与支杆所成的平面内金氏定理金氏定理 测量线路中，热线是电桥的一臂。测量的不是I，而是电桥的桥顶电压E。 负反馈过程。过程终结，v E有确定关系。 金氏定理金氏定理： 描述桥顶电压与流速关系 E2=A+Bvn A、B与a、b性质相似；n推荐值为0.5。 金氏定理是对热线风速仪在恒温工作方式下测量流速的工作原理的一种近似描述，是讨论热线风速仪应用的基础。2平均流速测量平均流速测量 金氏定理是一种理论方法，实际使用误差较大。原因： 热线非光滑，亦非无限长 支架导热损失存在 实际采用的金氏定理公式金氏定理公式（可使误差得以减小） E2=A+BvRn+CvR