风速仪工作原理

《风速仪工作原理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、2012-01-2516:19风速仪一热线风速仪测量原理简介0引言到口前为止，人们根据光学、力学以及热力学等领域的研究成果开发了很多测量流体流场的测量仪器，比如冇早期的比托管和风速仪，后來的热线热膜风速仪(IIWA),以及近期出现的激光流速计((LDV)等等。比托管的结构简单，使用方便，坚实可靠，价格低廉，但是其测速的范围比较窄，一般用来测量旺盛湍流的平均流速，所以测量的速度一般比较高，而且其仅能测量二维流场，不能敏感反向流动，不能测量湍流流动的流场分布。热线风速仪能够实现连续测量，信噪比好,而

2、11能够分离和测量三维流场，测量的范围比较人，而且能够非常准确地测量微风速，其灵皱度非常高。鉴于热线风速仪的这些优点，现在被广泛地应用与各种领域，比如测量模拟风洞的速度场，换热管肋片周围的速度场，内燃机的流动特性等。1热线风速仪的基木工作原理1.1基本原理热线测速技术是一种非常重要的测量流体速度与方向的技术，己经有近一百年的丿力史，它为流体速度的测量作出了巨大的贡献，并且在20世纪60年代以后几乎垄断了湍流脉动测速领域。按照热线热平衡原理可以将热线分为恒流风速仪和恒温风速仪。由于恒温风速仪热滞后

3、效应很小，频率响应很宽，反应快速，而恒流风速仪则不具备上述特点，因此，恒温风速仪的出现成为热线技术进一步发展的重要标志。热线风速仪器测量速度的基木原理是热平衡原理，利用放置在流场中的具冇加热电流的细金屈丝来测量流场屮的流速，风速的变化会使金屈丝的温度产生变化，从而产生电信号而获得风速。根据热平衡原理，当风速仪中的热线置丁介质(流场)中并通以屯流吋，热线中产生的热量应与之耗散的热量相等。换言之，在风速仪热线没有其他形式的热交换条件下，加热电流在热线屮产生的热量应等于热线与周围介质的热交换。根据Ki

4、ng公式，我们可以近似的得到换热表面的努谢尔数与雷诺数之间的关系，也就是说，只要知道换热系数，就可以得到通过风速仪热线处流速的大小和方向。King公式可以表示为：Nu=A+BRe0,5(1)Nu=£其中努谢尔数雷诺数Q—一对流换热系数，W/(K・m2)L定性尺寸，mA,B—为常数，根据不同的热线而定由热平衡原理，在不考虑热辐射的前提下，风速仪热线的热耗散应该等于电流流过风速仪热线所产生的热量。热耗散可用下式得出：為产曲忱-7})⑵其屮，a—热线的对流换热系数，W/(K・n)2)F—热线表面换热面

5、积，m2T”一热线表面温度，°CT,一主流温度，°C电流流过热线产生的热量为：。电=左心(3)其中，h,—电流，AR,»—电阻，Qo于是可以得出：拦心=讦亿_巧)⑷1.2热线风速仪静态响应只要测量出风速仪热线的对流换热系数，那么就可以根据其基本原理來计算测量点的风速。如杲流场是稳定的，那么利用热线风速仪测得就是静态数据，即成为热线风速仪静态响应。对于静态响应，其流场不随时间的变化而变化，同样温度场也不随时间变化而变化，这样就可以根据King公式得到：儿R”=»伉-7}”+曙•乔］式中，入『一流体

6、的导热系数，W/(m.°C)P一流体的密度，kg/m'CP—定压比热，kJ/(kg・°C)d—热线直径，mv—流速，m/s1—风速仪热线的长度，m少也＞0.08当哲吋式(5)可表示为:式中，R「一为对流换热热阻，m2-K/w如果保持风速仪热线的温度不变，那么通过风速仪热线的电流就随通过热线处的速度场的变化而变化，通过分析电流的变化就口J以准确地分析速度场的变化。1.3热线风速仪动态响应在很多的生产过程屮要求我们风速仪对某流场要进行连续的测量，要反映出流场的瞬时值，以便对换热过程有更深的认识。这就

7、要求我们能够进行动态测量，实吋地反映出流场随吋间的变化过程。换热面附近流体的速度场、温度场以及通过风速仪热线的电流发生变化都会导致热线热平衡的失衡，于是必定会有某个常数发生变化减缓这种热的不平衡，比如速度场随电流的变化而变化。根据动态响应的工程，我们可以得到知吹心加曲)(7)式中:E—热线内能的增量而热线内能的增量由可表示为E"祇-T,⑻式中，m—热线的质量，kgc—热线的比热容,J/(kg.0C)t一时间，s于是可得：dEdtdt2热线风速仪的应用1.1紊流参数测量在实际牛产中遇到最多的就是紊

8、流情况，而现在人们对紊流的研究还是停留在实验的基础之上，在理论上的研究还不够深入，特别是对紊流流场的分析和计算以及紊流状态下对流换热系数的确定都还不能从理论上得到完全满意的答案，风速仪或多或少存在误羌，而且很多的计算流场的公式都是在实验的基础Z上进行一定的假设和简化，使Z在数学上可解。也就是说，目前人们对紊流的研究还不够深入，这其中主要的原因是因为没有办法准确地描述紊流的流场和准确地求解紊流的流场，而且很多关于紊流流场的假设都不能够得到很好的实验验证，因此就要求能够对紊流常数进行一定的测量，以便