流体力学第十一章.ppt

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1、第11章流动测量技术流体力学实验研究包括三个方面的内容：第一：根据相似理论的基本原理制作实验模型；第二：流体力学的测量技术；第三：实验数据的处理和分析。本章主要介绍流体流动中压强、速度、流量的测量方法，其中一些方法直接应用流体力学的基本原理，如测压管、U形管、毕托管、文丘里管等，另外一种测量方法是利用光、电学原理，将速度、压强转换成模拟电压，如压力传感器，热线测速技术和激光测速技术等，这些测量仪器与微机联系起就可实现测量技术自动化。§11.1压强的测量工程中压强的测量通常是指两点的压强差、或点压强与大气压强的差值，因而属于压差的测量

2、。一．测压孔测压孔用于测量壁面的静压，其方法是在壁面开一小孔，将压强引至测压管，管流中的压强，绕流物体表面某点的压强都可以用开孔的方法测取。※测压孔径D一般为0.5mm左右，D越大，流线弯曲越严重，误差越大，孔的轴线应垂直于壁面，孔的边缘不应有毛刺。二．液柱式差压计液柱式差压计是根据流体静力学的原理设计出来的，由于缓变流的压强分布也服从静压分布规律，因而它可以用于静压的测量，也可以用于缓变流的压差的测量。1．U形管U型管差压计简称为U形管，用于测量比较大的压差用于测量液体的压差，在测量管流有沿程损失的可使用这种压差计根据伯努利方程：

3、只要测得平均速度v、读h、管段长度l和D，可求λ。2．Π形管多管压差计是由若干U形管组成的，工作液体通常是水，它用于测量气体密度绕流物体表面的压强分布，气流的伯努利方程：式中：P0是驻点压强，P∞和P分别是来流和测压点压强。3．多管测压计测点的压强系数定义是：其含义是：测量压强相对于来流压强的变化率。例11-1圆柱体表面压强系数的测量。三．微压计微压计用于测量较小压差，微压计种类很多，钟罩式微压计是一种精度很高的仪器，其主要工作部件是一个倒放的圆筒，俗称种罩，筒底在上，开口向下并没入酒精中。钟罩用轴与上下弹簧相连，弹簧片开有若干个小

4、孔，使气体压强能传入钟罩底面，当微压计上部接高压，下部接低压时，在压差作用下，钟罩向下位移，直至压差与弹簧力达到平衡，这时在连轴上的铁芯随钟罩一起向下位移Δy，因而差动变压器两个输出线圈电压E1和E2不等。电压差很小，需要放大，并经过数模转换，最终用数字仪表显示。ΔE=E2-E1与Δy成正比，即有：设钟罩底面积为A，弹簧系数为k，当压力差与弹簧片平衡时β是常数，称为灵敏系数。§11.2毕托管如果不考虑粘性力和重力时，不可压缩流体的伯努利方程：即总压=静压+动压，只要测出总压和静压之差，就可以求出流场中某点的速度u，毕托管就是根据此原

5、理设计，毕托管由一根细管和一根套管组成，细管用于测P0套管用于测静压P,流体的点速度为：将总压和静压接到差压计，可求出u，毕托管用于测量液体和低速气流（马赫数M<0.3）的速度。毕托管的外径D通常为8mm，最大不超过15mm为宜，头部以半椭圆球形最佳，但半球形头部更易制造，对来流偏而不敏感，因而均采用半球形，外套上的测压孔一般为8个，其位置对测量精度有一定影响，头部的存在使测得流速偏大，如果测压孔的位置靠近头部测得的静压就会偏低，造成负误差，相反尾杆起阻碍作用，使附近的流速变小，压强增大，造成正误差，为了消除正、负误差，通常静压孔的

6、位置离头部3D，距尾杆8～10D，由于头部的粘性，形状，测压孔的位置以及制造工艺的影响，毕托管的公式应作修正，即：ξ称为毕托管的速度系数，其值用实验方法确定，称作毕托管的标定。用测量精度很高的标准毕托管（NPL管）和待测毕托管测量同一位置的速度，比较其结果就可求出ξ。用毕托管测量亚音速气流时，要考虑马赫数的影响，这时压差P0-P并不完全等于动压，例如对于等熵气流对于空气，绝热指数上式可展成级数形式通常，当M>0.3时，必须考虑压缩性的影响。§11.3流量计一.文丘里流量计由收缩管、喉部、扩散段三部分组成，收缩角19º～23º，扩散角

7、5º～15º。文丘里管一般用于液体流量的测量，如果用于可压缩性气流的测量，文丘里管就是拉伐尔管。文丘里管的流量公式为：式中μ为流量系数，用实验方法测定。二转子流量计由一个竖直放置的圆锥形扩散管及圆球组成，锥底半径与圆球半径相同，半锥角为θ。圆球是一个不锈钢球壳，用于测量液体的流量，测量时，液体从下而上流过时，圆球上升至h时静止下来，这时，作用在圆球上的重力G、浮力F和阻力FD保持平衡，即:1在Re=103～3×105范围内，阻力系数CD变化不大，可视为常数，CD=0.48。由几何关系，可得到流量公式：系数K由实验得到，通常将流量刻在

8、外筒上。三孔板流量计孔板流量计是一种节流装置。孔板由不锈钢板制成，中心开有圆孔，面积为A。流体经过孔板时形成一股射流，在下游形成最小截面，速度增加，从而引起孔板前后的压差P1-P2，流量越大，压差越大，对孔板前的截面1和射流最小截面2