流体压强速度和流量的测量1

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1、第8章流体压强、速度和流量的测量§8.1流体压强的测量§8.2流体速度的测量§8.3流量测量USTC§8.2流体速度的测量1风速管和多孔探头2风速管标定实验3热线风速仪4激光多普勒测速仪5粒子成像速度计USTC3热线风速仪HotWireAnemometer1.热线风速仪的工作原理2.热线风速仪的静态特性3.两种运行方式4.热线风速仪的标定USTC3热线风速仪热线测速仪（HotWireAnemometer，简称HWA），发明于20世纪20年代。它是将流体速度信号转变为电信号的一种测速仪器，也可用于测量流体

2、的温度。其基本原理是，将一根细的金属丝放在流体中，通过电流加热金属丝，使其温度高于流体的温度，因此将金属丝称为“热线”。当流体沿垂直方向流过金属丝时，将带走金属丝的一部分热量，使金属丝温度下降。热线在气流中的散热量与流速有关，散热量导致热线温度变化而引起电阻变化，流速信号即转变成电信号。USTC3热线风速仪热线长度一般为2mm，直径5μm，最小的探头直径仅1μm，长为0.2mm。材料为铂、钨或铂铑合金等熔点高、延展性好的金属。根据不同的用途，热线探头还做成双丝、三丝、斜丝及V形、X形等。USTC3热线风速

3、仪若以一片很薄(厚度小于0.1微米)的金属膜代替金属丝，即为热膜风速仪，功能与热丝相似，但多用于测量液体流速。USTC3热线风速仪热线测速仪的优点是：（1）体积小，对流场干扰小；（2）频率响应高，可达1MHz。（3）测量精度高，重复性好。（4）适用范围广。不仅可用于气体也可用于液体，在气体的亚声速、跨声速和超声速流动中均可使用；可以测量平均速度，也可测量脉动值和湍流量；还可以测量多个方向的速度分量。热线测速仪的缺点是：探头对流场有一定干扰，热线容易断裂。USTC3热线风速仪强迫对流传热---占主导地位。金

4、（King,1914）公式：USTCViwQQ3热线风速仪USTC3热线风速仪USTC金属丝电阻随温度变化：3热线风速仪USTC热线有两种工作模式：①恒流式。通过热线的电流保持不变，温度变化时，热线电阻改变，因而两端电压变化，由此测量流速；②恒温式。热线的温度保持不变，如保持150℃，根据所需施加的电流可度量流速。恒温式比恒流式应用更广泛。3热线风速仪USTC恒流式：ER2R1RWe1R2>>Rw3热线风速仪USTC恒温式：R2R1R3RwI1I2IBe0V,Tw,Rw,e1,e2-e1,e0,IB,eB

5、,I1,Tw,RW3热线风速仪热线测速仪的主要用途是：（1）测量平均流动的速度和方向。（2）测量来流的脉动速度及其频谱。（3）测量湍流中的雷诺应力及两点的速度相关性、时间相关性。（4）测量壁面切应力（通常是采用与壁面平齐放置的热膜探头来进行的，原理与热线测速相似）。（5）测量流体温度（事先测出探头电阻随流体温度的变化曲线，然后根据测得的探头电阻就可确定温度。除此以外还开发出许多专业用途。USTC3热线风速仪热线探头在使用前必须进行校准。静态校准是在专门的标准风洞里进行的，测量流速与输出电压之间的关系并画成

6、标准曲线；动态校准是在已知的脉动流场中进行的，或在测速仪加热电路中加上一脉动电信号，校验热线测速仪的频率响应，若频率响应不佳可用相应的补偿线路加以改善。USTC4激光多普勒测速仪(LDV)LaserDopplerVelocimeter激光测速的原理是：是测量通过激光束的示踪粒子的多普勒信号，再根据速度与多普勒频率的关系得到粒子速度。测得了粒子的速度，也就是流动的速度。激光测速的最主要的优点是对流动没有任何扰动，测量的精度高，测速范围宽，而且由于多普勒频率与速度是线性关系，和该点的温度，压力没有关系，是目

7、前世界上速度测量精度最高的仪器。USTC4激光多普勒测速仪(LDV)基本光路VUSTC4激光多普勒测速仪(LDV)条纹模型USTCfxzyzyyx4激光多普勒测速仪(LDV)条纹模型USTCV12d4激光多普勒测速仪(LDV)基本布置V激光电源声光调制器电源计算机光电倍增管电源信号处理器放大器USTC技术指标：测速范围：mm/s-1000m/s测速维数：1维，2维或3维测速精度：0.1%工作光谱：514.5，488，476.5nmUSTC4激光多普勒测速仪(LDV)1．激光器：水冷氩离子激光器输出功

8、率：5W光束直径：1.5mm光束发散角：0.5mrad2．分光器、光纤耦合器最大输入光功率：10W分光光谱：514.5，488，476.5nm内置布拉格盒3．处理器最大输入多普勒频率：FSA3500100MHzFSA4000175MHz最低可处理信噪比：-12dB数据传输速率：400Mbps能够进行周期性流动测量具备外部模拟/数字信号输入功能USTC4激光多普勒测速仪(LDV)4．数据处理、显示软件在线实时采集显示数据；支持