第7章 流速测量

《第7章 流速测量》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第七章流速测量学习要求要求掌握常用的流速流量测量方法及相关测量仪表(主要掌握皮托管测速、热线流速仪）的组成及测量原理。流速测量在热能动力机械工程中的意义研究：进排气管、燃烧室内气流运动对工作过程的影响；水泵叶轮内的水流运动规律锅炉、换热器内流体运动规律传热传质学研究，芯片散热问题监控：水文监测第一节皮托管测速发展过程1732年法国工程师HenriPitot发现一段密封的直管迎着流动的流体，可测出流体总压，减去静压能算出流速，发明了原始的皮托管；1905年德国大流体力学家L.Prandtl修改了HenriPitot发明，与今天的皮托管结构一样，能直接测出

2、流体的总压和静压之差——动压，直接算出流速，但仍称皮托管；1920年后，英国国家物理实验室（NPL)对皮托管的结构、特性作了详细研究，为制定皮托管的标准奠定了基础；1943年英国出台皮托管国家标准；1977年ISO颁布关于用皮托管测速的国际标准ISO3966—1977由于皮托管的主要测量对象为气体，故又称风速管。皮托管测速的特点结构简单，价格低廉，制造使用方便；在一定的流速范围内，测量精度高；对来流方向不太敏感；频率相应慢，只能测量稳定流动一.基本构造和测量原理总压力静压力(静压)动压力(动压)1.测量原理对不可压缩流体的一维等高度的管流，有伯努里方程

3、：静压+动压=总压=常数考虑到总压和静压的测量误差，需要修正。ζ为校准系数对标准皮托管：ζ=1.01～1.02对于气体，可看成理想气体，测出压力和温度后可根据标准状态下的气体参数算出密度：用马赫数Ma表示可压缩气体流速：当气流马赫数Ma大于0.3时，须进行压缩性修正。ε为压缩性修正系数。Ma0.10.20.30.40.60.81.0ε0.00250.01000.02250.04000.090000.17300.27502.结构型式直角型（L形）皮托管带半圆形头部的标准皮托管带锥形头部的皮托管，高速气流测量，防头部发生脱体激波P0总压力P静压力(静压)3

4、.笛形管测速的基本原理流量较大，雷诺数较大时，边界层厚度较小，p可近似得到，误差工程上允许P0总压力P静压力(静压)吸气式（负压管道）遮板式（高尘气流）靠背式（高尘气流）对皮托管的要求：尽可能保证总压孔和静压孔接收到的压力真正是被测点的总压力和静压力。静压孔N的位置对测量值的影响皮托管头部绕流使后方实测静压力降低皮托管立杆滞流使前方实测静压升高存在一个开孔位置正好使上述两种影响互相抵消，使实测静压正好等于皮托管放入前该点的静压值其他影响因素总压孔大小静压孔数量、形状探头与立杆的连接方式保证测量准确度的方法严格按标准制造皮托管、做试验标定二、二维气流速度

5、的测量1.要求能测出平面流动的方向和数值2.三孔测速管结构三孔感压探头总压孔（居中）方向孔（两侧）干管传压管分度盘探头形状：球形尖劈形圆柱形：普通发散聚合3.测量原理流体绕流圆柱体的压力分布得：圆柱三孔测速管探头总压孔与方向孔的夹角为450时，方向灵敏度最高。这时转动干管，使：三.皮托管的标定1.校准风洞射流式校准风洞组成：稳流段，收敛器。A、B两点处总压相等。第二节热线流速仪测速主要用途用于测量气体的平均流速、脉动速度和流动方向。主要优点几何尺寸较小，对气体流动干扰小，可测量一般探针难以测量的地方；热惯性小，特别适合气流脉动（如叶栅后的气流尾迹）测量

6、。1.构造探头：热线、热膜一元、二元、三元铂、钨、铂铹、铂铱信号和数据处理系统2.对探头材料的要求电阻温度系数大机械强度高电阻率高热传导率小最高可用温度高材料单位钨铂铂铹铂铱成分%10010090-1080-20电阻温度系数Ω/0C0.00350.00360.00160.0008最大可用温度0C300800850750抗拉强度MPa42002461000典型可用直径μm50.5-11010电阻率10-6Ωcm5.51018.432热传导率W/mK1786950.125.5一.基本构造主要原理通电探头在流体中的换热规律。忽略轴向导热、辐射换热，只考虑热丝

7、（膜）与流体的对流换热，有关系：热丝（膜）电功率=对流换热量恒定电流通过电阻丝（热线）时，热线发热热线温度高低变化，电阻值随之发生变化气体流过发热体时，会带走部分热量，发热体降温；气流带走热量多少与风速大小有关系可根据热线的电阻大小来确定气流速度值2.实际测量热线阻值变化，电桥输出电压变化，气体流速可确定；电压变化与气体流速大小的关系在标准风洞中标定。二.热线风速仪工作原理三.热线风速仪的种类1.恒温(恒电阻)式热线风速仪气体速度变化热线温度变化热线阻值变化电桥电路失衡输出电压变化控制电阻值R变化热线电流恢复热线电阻恢复R电阻变化量确定流速电桥恢复平衡

8、热线温度恢复2.恒流式型热线风速仪气体速度变化热线温度变化热线阻值变化桥臂电流变化电桥电路失衡