热工测试技术第4章 流速和流量的测量
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热工检测技术 第4章 流量测量及仪表PPT课件
垂直，偏差不超过1°；还要保证其孔中心轴与管道同
轴，不同心度不应超过0.015D(1/β-1)。经典文丘里
管，在上游测量管与入口圆筒段A的连接平面上，上游
测量管轴线与经典文丘里管轴线之间的偏移距离ex应 小于0.005D。另外，ex+1/2△D应小于0.0075D，
△D为上游测量管与经典文丘里管入口圆筒段A的直径 偏差。上游测量管轴线与文丘里管轴线的夹角应小于 1°。
15
解：因为流量与节流装前后的差压成正比，即有节流公式qX=k（△pX）1/2 设qm=100t/h，△pm=40kPa。则由节流公式得 △pX=10 kPa时， q10=100*（10/40）1/2=50.0(t/h) △pX=20 kPa时，q20=100*（20/40）1/2=70.7(t/h) △pX=30 kPa时， q30=100*（30/40）1/2=86.6(t/h) 答：略。
3
流量是流体在单位时间内通过管道或设备某 横截面处的数量。
➢ 质量流量：是单位时间内通过的流体质量， 用qm表示，单位为kg/s。
➢ 体积流量：是单位时间内通过的流体体积， 用qV表示，单位为m3/s。
4
质量流量是表示流量的最好方法。 它们之间可以互相换算。
质量流量和体积流量有下列关系： qm =ρqv
16
4.3.2 标准节流装置 ISO 5167:2003（E）
标准节流装置只适用于测 量直径大于50mm的圆形 截面管道中的单相、均质 流体的流量。要求流体充 满管道，在节流件前后一 定距离内不发生流体相变 或析出杂质现象；流速小 于音速；流动属于非脉动 流；流体在流过节流件前， 其流束与管道轴线平行， 不得有旋转流。
17
（1）标准节流件
轴，不同心度不应超过0.015D(1/β-1)。经典文丘里
管，在上游测量管与入口圆筒段A的连接平面上，上游
测量管轴线与经典文丘里管轴线之间的偏移距离ex应 小于0.005D。另外，ex+1/2△D应小于0.0075D，
△D为上游测量管与经典文丘里管入口圆筒段A的直径 偏差。上游测量管轴线与文丘里管轴线的夹角应小于 1°。
15
解：因为流量与节流装前后的差压成正比，即有节流公式qX=k（△pX）1/2 设qm=100t/h，△pm=40kPa。则由节流公式得 △pX=10 kPa时， q10=100*（10/40）1/2=50.0(t/h) △pX=20 kPa时，q20=100*（20/40）1/2=70.7(t/h) △pX=30 kPa时， q30=100*（30/40）1/2=86.6(t/h) 答：略。
3
流量是流体在单位时间内通过管道或设备某 横截面处的数量。
➢ 质量流量：是单位时间内通过的流体质量， 用qm表示，单位为kg/s。
➢ 体积流量：是单位时间内通过的流体体积， 用qV表示，单位为m3/s。
4
质量流量是表示流量的最好方法。 它们之间可以互相换算。
质量流量和体积流量有下列关系： qm =ρqv
16
4.3.2 标准节流装置 ISO 5167:2003（E）
标准节流装置只适用于测 量直径大于50mm的圆形 截面管道中的单相、均质 流体的流量。要求流体充 满管道，在节流件前后一 定距离内不发生流体相变 或析出杂质现象；流速小 于音速；流动属于非脉动 流；流体在流过节流件前， 其流束与管道轴线平行， 不得有旋转流。
17
（1）标准节流件
流体流速与流量的计算与测量
流体流速与流量的计算与测量流体流速与流量是涉及流体力学的重要概念，对于流体力学的研究和实际应用具有重要意义。
本文将介绍流体流速与流量的概念，以及计算和测量相应数值的方法。
一、流体流速的概念及计算方法流体流速是指流体在单位时间内通过管道或任何其他容器横截面的体积流量。
流体流速可以用公式v = Q/A来计算，其中v表示流速，Q表示流体通过横截面的体积流量，A表示横截面的面积。
根据流体的性质和实际应用的不同，我们需要采用不同的方法来计算流体流速。
以下是几种常见的计算方法：1. 流体通过管道的流速计算：当流体通过圆管时，我们可以使用公式v = 4Q/πD^2来计算流速，其中D表示管道的直径。
这个公式是基于流体连续性方程和泊松方程推导得出的。
2. 流体通过孔口的流速计算：当流体通过小孔或喷嘴时，我们可以使用公式v = √(2gh)来计算流速，其中g表示重力加速度，h表示从孔口到液面的高度差。
这个公式是基于能量守恒原理和伯努利定律推导得出的。
3. 流体通过泵的流速计算：当流体被泵送时，我们可以使用公式v = Q/A来计算流速，其中Q表示泵的流量，A表示泵出口的横截面积。
二、流体流量的概念及计算方法流体流量是指流体在单位时间内通过特定截面的质量或体积。
流体流量的计算方法根据不同的实际应用可以有所差异。
以下是几种常见的流体流量计算方法：1. 流体质量流量计算：流体质量流量可以使用公式m = ρQ来计算，其中m表示流体的质量流量，ρ表示流体的密度，Q表示流体通过截面的体积流量。
2. 流体体积流量计算：流体体积流量可以通过直接测量流体通过的容器的体积来计算。
具体的计算方法根据容器的形状和流体流动的特点可以有所不同。
三、流体流速和流量的测量方法为了准确地测量流体流速和流量，我们可以采用不同的设备和方法。
以下是几种常见的流体流速和流量的测量方法：1. 流速测量方法：- 流速测量仪：采用这种方法可以直接获得流体的流速数值，常见的流速测量仪有流量计和流速计。
流速和流量测量
dv dy
F Sv / y F y
S v v Biblioteka y称为粘度，或动力粘度(dynamic viscosity)，单位是： 泊（P）(Pa.s)
, 称为运动粘度，单位是：m2 / s
（Kinematic viscosity）
（二）层 流 和 紊 流
流体在细管中的流动形式可分为层流和紊 流两种。
方向的速度有差别时会产生减小其速度差的 作用。这是因为流速快的部分要加速与其相 接触的流速慢的部分，而流速慢的部分要减 小与其相接触的流速快的部分，流体的这种 性质，称为粘性。 衡量流体粘性大小的物理量称为粘度。
设有两块面积很大距离很近的平板，两平板中间是流体。令底 下的平板保持不动，而以一恒定力推动上面平板，使其以速度v 沿x方向活动。由于流体粘性的作用，附在上板底面的一薄层液 体以速度v随上板运动。而下板不动故附在其上的流体不动，所 以两板间的液体就分成无数薄层而运动，如图所示。 作用力F 与受力面平行，称为剪力，剪力与板的速度v、板的面积S成正 比，而与两板间的距离y成反此，即
容积式计量表
椭圆齿轮 流量计
腰轮流量 计
活塞式 流量计
括板式流 量计
2.速度式计量表
在仪表中装一旋转叶轮，流体流过 时，推动叶轮旋转，叶轮的转动正比于 流过介质的总量，叶轮转动带动计数器 的齿轮机构，计数器即显示读数。这类 计量表机构简单，但精度低。一般在2％ 左右，大多的水表即采用此结构表。
（二）流量计
所谓层流(laminar flow)就是流体在细管中 流动的流线平行于管轴时的流动。
所谓紊流(turbulent flow)就是流体在细管中 流动的流线相对混乱的流动。
利用雷诺数可以判断流动的形式。如果雷 诺数小于某一值时，可判断为层流，而大于此 值时则判断为紊流。
F Sv / y F y
S v v Biblioteka y称为粘度，或动力粘度(dynamic viscosity)，单位是： 泊（P）(Pa.s)
, 称为运动粘度，单位是：m2 / s
（Kinematic viscosity）
（二）层 流 和 紊 流
流体在细管中的流动形式可分为层流和紊 流两种。
方向的速度有差别时会产生减小其速度差的 作用。这是因为流速快的部分要加速与其相 接触的流速慢的部分，而流速慢的部分要减 小与其相接触的流速快的部分，流体的这种 性质，称为粘性。 衡量流体粘性大小的物理量称为粘度。
设有两块面积很大距离很近的平板，两平板中间是流体。令底 下的平板保持不动，而以一恒定力推动上面平板，使其以速度v 沿x方向活动。由于流体粘性的作用，附在上板底面的一薄层液 体以速度v随上板运动。而下板不动故附在其上的流体不动，所 以两板间的液体就分成无数薄层而运动，如图所示。 作用力F 与受力面平行，称为剪力，剪力与板的速度v、板的面积S成正 比，而与两板间的距离y成反此，即
容积式计量表
椭圆齿轮 流量计
腰轮流量 计
活塞式 流量计
括板式流 量计
2.速度式计量表
在仪表中装一旋转叶轮，流体流过 时，推动叶轮旋转，叶轮的转动正比于 流过介质的总量，叶轮转动带动计数器 的齿轮机构，计数器即显示读数。这类 计量表机构简单，但精度低。一般在2％ 左右，大多的水表即采用此结构表。
（二）流量计
所谓层流(laminar flow)就是流体在细管中 流动的流线平行于管轴时的流动。
所谓紊流(turbulent flow)就是流体在细管中 流动的流线相对混乱的流动。
利用雷诺数可以判断流动的形式。如果雷 诺数小于某一值时，可判断为层流，而大于此 值时则判断为紊流。
第四章_流速与流量测量-72页PPT精选文档
当单色光束入射到运动体上某点时，光波在该 点被运动体散射，散射光频率与入射光频率相 比，产生了正比于物体运动速度的频率偏移， 称为多普勒频移。
P静 止 时 ， 入 射 光 频 率 为 ： f0 = c / λ i, c为 光 速 ， i为 入 射 光 波 波 长 。 K i表 示 平 行 于 入 射 光 波 矢 量 的 单 位 矢 量 ； K s表 示 平 行 于 散 射 光 波 矢 量 的 单 位 矢 量 若 P点 以 速 度 v ki远 离 光 源 ， 则 对 P 点 来 说 入 射 光 的 视 在 频 率 为 ：
=
v ( k s λi
ki) =
v(cosθ1+cosθ 2) λi
其中 :
为
1
物
体
至
光
源
方
向
与
物
体
运
动
方
向
间
的
夹
角
;
2为 物 体 至 观 察 者 方 向 与 物 体 运 动 方 向 间 的 夹 角
后向散射型多普勒测速原理
从入射光束方向看，后向散射是指接收散射光束 的光电检测器位于被测物体后面，即与光源在同 一侧。激光器S发出光束垂直人射到运动体，并 在P点散射，散射光由光电检测器R接收。根据多 普勒效应检测多普勒频移，如果人射光与散射光 的夹角为，则多普勒频移为：
v
2
(
pt
ps )
为皮托管系数，由实验标定。 一般在0.99～1.01之间。
皮托管是测量流体速度的主要工具之一,广泛用于
船舶和飞行体的测速。在测量时，只要把皮托管
对准流体流动的方向，使内管顶端（滞止点）能
感受全压力 pt，而具有静压孔的外管感受静压力 ps。
P静 止 时 ， 入 射 光 频 率 为 ： f0 = c / λ i, c为 光 速 ， i为 入 射 光 波 波 长 。 K i表 示 平 行 于 入 射 光 波 矢 量 的 单 位 矢 量 ； K s表 示 平 行 于 散 射 光 波 矢 量 的 单 位 矢 量 若 P点 以 速 度 v ki远 离 光 源 ， 则 对 P 点 来 说 入 射 光 的 视 在 频 率 为 ：
=
v ( k s λi
ki) =
v(cosθ1+cosθ 2) λi
其中 :
为
1
物
体
至
光
源
方
向
与
物
体
运
动
方
向
间
的
夹
角
;
2为 物 体 至 观 察 者 方 向 与 物 体 运 动 方 向 间 的 夹 角
后向散射型多普勒测速原理
从入射光束方向看，后向散射是指接收散射光束 的光电检测器位于被测物体后面，即与光源在同 一侧。激光器S发出光束垂直人射到运动体，并 在P点散射，散射光由光电检测器R接收。根据多 普勒效应检测多普勒频移，如果人射光与散射光 的夹角为，则多普勒频移为：
v
2
(
pt
ps )
为皮托管系数，由实验标定。 一般在0.99～1.01之间。
皮托管是测量流体速度的主要工具之一,广泛用于
船舶和飞行体的测速。在测量时，只要把皮托管
对准流体流动的方向，使内管顶端（滞止点）能
感受全压力 pt，而具有静压孔的外管感受静压力 ps。
流体力学实验_第四章流速与流量测量 [兼容模式]
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流体粘性的影响：需满足Re>200，在小雷诺数时， 毕托管的标定系数将随雷诺数的变化而变化
管柄堵塞的影响：毕托管管柄堵塞使流体过流面积 减小，流速增加，静压减小，总压不变。毕托管管柄 直径≤1/50管道直径且插入深度≤管道半径时可忽略
横向流速梯度的影响：毕托管头部与流体之间的相 互作用引起邻近流线的微小位移，使较高流速区的流 线移至总压孔处，总压增大。通过测压位置修正。
考虑温度效应，可采用
E 2 (Tw Te )( A BU n )
n
分段拟合多项式，即 E 2 ( Ai BiU CiU 2 DiU 3 ) 1 40
将热线风速仪的输出电压E和已知流动速度U直接联系在 一起，对每一个流速U，对应一个电压E值做出E-U曲线，也
就是校准曲线。
(1) 校准的原因
热线热膜探针的性能是随制造工艺、探针尺寸和金属丝、 膜的材料而异的，即使是相同的材料、制造工艺、尺寸， 其性能也不可能完全一样；
探针的性能和流体的温度、密度以及测量时的气压有关； 探针的性能也和实验室环境条件、污染情况有关； 探针使用后会发生老化； 探针的性能和流速范围有关； 探针在测量中是和仪器结合在一起使用的，真正的相应
对于给定的热线，e , R0 , A, B都为常数，因此 Iw, Rw,U 之间
存在确定的函数关系。
恒流静态方程
当工作电流 Iw＝常数时，Rw和U之间具有如下关系：
Rw
R0 ( A B Iw2e R0 ( A
U B
) U
)
恒流式热线风速仪
27
恒温静态方程
当工作电阻 Rw ＝常数时，Iw 和U之间具有如下关系：
Rw
管柄堵塞的影响：毕托管管柄堵塞使流体过流面积 减小，流速增加，静压减小，总压不变。毕托管管柄 直径≤1/50管道直径且插入深度≤管道半径时可忽略
横向流速梯度的影响：毕托管头部与流体之间的相 互作用引起邻近流线的微小位移，使较高流速区的流 线移至总压孔处，总压增大。通过测压位置修正。
考虑温度效应，可采用
E 2 (Tw Te )( A BU n )
n
分段拟合多项式，即 E 2 ( Ai BiU CiU 2 DiU 3 ) 1 40
将热线风速仪的输出电压E和已知流动速度U直接联系在 一起，对每一个流速U，对应一个电压E值做出E-U曲线，也
就是校准曲线。
(1) 校准的原因
热线热膜探针的性能是随制造工艺、探针尺寸和金属丝、 膜的材料而异的，即使是相同的材料、制造工艺、尺寸， 其性能也不可能完全一样；
探针的性能和流体的温度、密度以及测量时的气压有关； 探针的性能也和实验室环境条件、污染情况有关； 探针使用后会发生老化； 探针的性能和流速范围有关； 探针在测量中是和仪器结合在一起使用的，真正的相应
对于给定的热线，e , R0 , A, B都为常数，因此 Iw, Rw,U 之间
存在确定的函数关系。
恒流静态方程
当工作电流 Iw＝常数时，Rw和U之间具有如下关系：
Rw
R0 ( A B Iw2e R0 ( A
U B
) U
)
恒流式热线风速仪
27
恒温静态方程
当工作电阻 Rw ＝常数时，Iw 和U之间具有如下关系：
Rw
第四章 流量检测(容积式、速度式、质量式测量技术))
第二节 速度式流量测量方法
2 工作原理
2)工作原理： （1）在仪表中装一旋转叶轮，流体流过时，推动 涡轮旋转，涡轮的转速与流速成正比。 （2）涡轮转动时，涡轮上导磁的叶片顺次接近管 壁上的线圈，改变线圈磁回路的磁阻，使线圈 磁通量发生变化，产生与流量成正比的脉冲信 号。 （3）将此脉冲转换成电流信号给出瞬时流量信 号，累积得到累计流量，这种将转速转换成脉 冲信号的方法叫磁阻法。
b 实际上，涡轮流量计出厂时，ζ值由 厂家根据适用的流体标定给出。
第二节 速度式流量测量方法
4 涡流流量计使用的注意事项 注意：1）仪表允许的使用特性在曲线的平直部 分。 ζ的线性度±0.5% ，复现性±0.1% 。 2）仪表前后要有直管段。前15D，后5D。 防止 管内流速分布不均匀的影响。。 3）仪表前加滤网，防止杂质进入。使用时不超 过规定的最高工作温度，压力和转速。水平安 装，加逆止阀。
1 椭圆齿轮流量计：齿轮旋转，每转一周，排出 四份齿轮和仪表壳体之间形成的月牙空腔容积 的液体。因此只有测出齿轮的转速就能知道流 体的容积流量。 2 腰轮流量计：通过壳体外轴上的一对啮合齿轮 带动两腰轮，排出流量。可用来测液体，气体。 3 刮板式流量计：转子带动刮板在凸轮外缘滚动， 转子每转一周就有计量容积液体排出。 4 湿式流量计用于实验式气体容积流量测量。气 体从水面下中心位置气体入口进入，推动转翼 转动，从气体出口排出。
第一节 容积式流量测量方法 六、容积式流量计使用时注意
1）容积式流量计使用时要加滤网，仪表处加旁路， 便于清扫。 2）被测液体混有气体时，要加装气体分离装置。 3）注意被测流体的温度。
第二节 速度式流量测量方法
一 工作原理：直接测量管道内流体的速度测流量。 如测得是平均流速v ，则容积流量 qv v A ， 如测得是某点流速v，则体积流量 qv KvA ， K为平均流速与被测点流速的比值。 1）注意事项：因使用平均流速，故其测量结果 的准确度不仅与仪表本身有关，而且与截面上 的流速分布情况有关。因此在测量仪表前后有 足够长的直管段或加装整流器。 2）要充分了解被测流体的速度分布。
流速和流量的测定
转子形状的选择着眼于促使边界层脱体,以便在较小Re时 即出现高度湍流,使CR为一常数。 当转子流量计的结构与被测流体均已定的条件下，转子流 量计的永久阻力损失不随流量而变，因而转子流量计常用 于流量范围较宽的场合。
优点：读取流量方便，测量精度高，能量损失很小，测量 范围宽，可用于腐蚀性流体的测量，流量计前后无须保留 稳定段。 缺点：流量计管壁大多为玻璃制品，不能经受高温和高压， 一般不能超过120℃和392~490kPa，在安装使用过程中也容 易破碎，且要求垂直安装。
qv1
qv2
转子流量计
P V f g( f ) Af
当用固定的转子流量计测量某流体的流量时，式中Vf 、 Af 、f 、均为定值，所以Δp亦为恒定，与流量大小无关 当转子稳定于某位置时，环隙面积为固定值，因此， 流体流经环隙的流量与压力差的关系可借流体通过孔板 流量计锐孔的情形进行描述，即
毕托管与点速度
2 R( ) g
umax
例1-19解题思路
u qm u Re max umax umax
2 gR
0
T0 P T P0
孔板流量计
利用孔板两侧压力差测定流体的流量
分析处理方法：
1.按=0处理 2.考虑≠0的情况 3.考虑取压方法的影响
2
d0
A0
A1
d 1 0.3 0.15 0.082m
A0
4
d0 0.785 0.0822 0.00528m 2
2
由式（1-71a）可求得最大流量的压差计读数Rmax为
Rmax q v max
2
2 2 C0 A0 2 g
优点：读取流量方便，测量精度高，能量损失很小，测量 范围宽，可用于腐蚀性流体的测量，流量计前后无须保留 稳定段。 缺点：流量计管壁大多为玻璃制品，不能经受高温和高压， 一般不能超过120℃和392~490kPa，在安装使用过程中也容 易破碎，且要求垂直安装。
qv1
qv2
转子流量计
P V f g( f ) Af
当用固定的转子流量计测量某流体的流量时，式中Vf 、 Af 、f 、均为定值，所以Δp亦为恒定，与流量大小无关 当转子稳定于某位置时，环隙面积为固定值，因此， 流体流经环隙的流量与压力差的关系可借流体通过孔板 流量计锐孔的情形进行描述，即
毕托管与点速度
2 R( ) g
umax
例1-19解题思路
u qm u Re max umax umax
2 gR
0
T0 P T P0
孔板流量计
利用孔板两侧压力差测定流体的流量
分析处理方法：
1.按=0处理 2.考虑≠0的情况 3.考虑取压方法的影响
2
d0
A0
A1
d 1 0.3 0.15 0.082m
A0
4
d0 0.785 0.0822 0.00528m 2
2
由式（1-71a）可求得最大流量的压差计读数Rmax为
Rmax q v max
2
2 2 C0 A0 2 g
热工测量与实验技术 第一篇 第四章
［例］已知某节流装置最大流量100T/h时，产生 的差压为40kPa。试求差压计在10kPa、20kPa、 30kPa时，流经节流装置的流量分别为多少T/h？ 解：qM=100T/h，ΔpM=40kPa，应用上式可得： Δpx=10kPa时，q10=50.0 T/h Δpx=20kPa时，q20=70.7 T/h Δpx=30kPa时，q30=86.6 T/h 由上可见，当差压Δpx按正比增加时，流量按平 方根增加，故差压计面板上流量刻度是不等距分 布的。
4
对质量流量有
qM
4
d ' v2
2
d' 4 1 D
d'
2
2 p1 ' p2 '
考虑下列情况： ①用实际差压Δp=p+-p-代替上式中p1’-p2’ ②用节流件实际开孔尺寸d代替上式中d’ ③用计算直径比β=d/D代替上式中的d’/D ④流体流动中存在摩擦、涡流、流体粘度等流动 损失 引入一流出系数C加以修正，则上式改写为
由连续性方程得
d' 2 v1 v2 D
2
4
由伯努利方程得
d ' 4 p1 ' p2 ' v v v 1 2 2 D
2 2 2 2 2 2
即
v2
1 d' 1 D
1
4
2 p1 ' p2 '
第四章 流量测量
§4-1 概述 流量是生产过程中必须测量和控制的参数 之一。它表征着运行设备负荷高低、工作 状况和生产效率等运行情况。因此连续监 视流体的流量对热力设备的安全、经济运 行及能源管理有着重要意义。
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2
2 c1 2 c 1 ps K1 2 c c2 2 c2 1 ps K 2 2 c
2 c3 2 c c p3 ps 1 ps K3 2 c 2
第4章 流速和流量的测量
1
第4章 流速和流量的测量
掌握稳态流体速度的测量原理及方法； 掌握几种速度探针的原理及结构； 掌握热线风速仪及多普勒测速仪的原理及测量电路； 掌握速度方向的测量原理和几种方向探针的结构及 使用方法； 掌握流量测量原理和几种流量计的工作原理及结构。
2
第1节 流体速度大小的测量
31
第4节 热线风速仪
Rw R0 [1 (Tw T0 )]
2 Iw
(a ' b ' u n )(Tw T f ) R0 [1 tw t0 ]
a F a' d b Fd n 1 b' vn
32
第4节 热线风速仪
I 2 R0 1 Tw T0 a , (Tw T f ) u b, Tw T f
量计、质量流量计等。
54
第6节 节流压差式流量计
1-节流元件 2-引压管路 3-三阀组 4-差压计
节流式流量计组成与实物图
55
第6节 节流压差式流量计
文丘利管 文丘利管压力损 失最小，而孔板 压力损失最大。
喷嘴
孔板
56
常用的节流装置
57
1、测量原理及流量方程
选定两个截面，I—I是节流装置前 流体开始受节流装置影响的截面； II-II是流束经过节流装置后收缩最 厉害的流束截面，由伯努利方程 式得
所指示的压力相等时，两孔的对称中心就与流动方向一致。 这时相对于一定的 参考方向(初始位置)就可以决定流动方向 角。 （2）不对向测量——将两孔的对称轴固定在某一参 考方
向，测量两孔的压力差，根据校正曲线(两孔压差与流动方向
的关系)确定流体方向。
13
第2节 二维流场中流动方向的测量
L 型及 U 型探针
17
第2节 二维流场中流动方向的测量
球形三孔测速管构造
1-赤道面； 2-子午面； 3-三孔感压球形探头； 4-接管； 5-干管； 6-传压管； 7-分度盘； 8-指针； 9-锁紧螺钉； 10-键槽； 11-接嘴
18
第3节 三维流场中流动方向的测量
1、四孔圆柱探针
2, 3, 4——方向孔 1——总压孔
I→ v T
T →v 恒流型
恒温型
34
第4节 热线风速仪
35
36
第4节 热线风速仪
37
二．散热率法测量流速
38
39
40
第4节 热线风速仪
1－支架 2－电机 3－风机 4－闸板阀 5－皮托管 6－管线 7－旋风分离器 8－热线探头 9－热线风速仪 10－计算机系统
41
第4节 热线风速仪
23
第3节 三维流场中流动方向的测量
p3 p1 K3 K1 p0 ps p2 p4 K2 K4 p0 ps p2 ps K2 p0 ps
24
其他流速测量方法
一．机械法测量流速
1．种类：翼式、杯式
适用范围： 以前：风速范围为15—20m/s以内，只能测量流速的平均值， 不能测量脉动流。通过机械仪表用指针指示。 目前：测速范围为0.25—30m/s，并且可测量流速的瞬时值。 25 可将叶轮的转速转换成电信号。
p2 ps K0 c 2
2
p1 ps K1 c 2
2
p2 p1 K0 K1 c 2
2
c
2 p2 p1 K 0 K1
16
第2节 二维流场中流动方向的测量
（a）球形 （b）尖劈形 （c）普通圆柱形 （d）发散圆柱形 （e）聚合圆柱形
流量。
2．总流量：在一段时间内流过流体量的总和， 也可用在这段时间内对瞬时流量的积分。 3．平均流量：总流量除以得到总流量的时间间 隔称该段时间内的平均流量。
46
表达方式
qm—质量流量 kg/s qw—重量流量 kgf/s
qv—体积流量 m3/s
转换关系：
qm
qw q v g
•标准体积流量：温度为20℃，压力为一标 准大气压测得的体积流量为标准体积流量。
不易堵塞。 （a）吸气式 （b）遮板式 （c）靠背式
7
第1节 流体速度大小的测量
例：如图所示，在皮托管上连
接酒精比压计，测定风管中的 某点风速，已知微压计斜管的 倾角为30度，l=50mm，酒精 密度为800kg/m3，空气密度为
1.255kg/m3，标定系数为1.0，
试求管内该点的风速。
8
第1节 流体速度大小的测量
1 n
I 2 R0 1 Tw T f T f T0 a , (Tw T f ) u b, Tw T f
1 n
33
第4节 热线风速仪
u f I , Tw
测量方法：恒电流法、恒温法
I 都需要对流 体温度值进 行修正
4 4 Ma 2 2 k Ma , 0.2% 4 24
10
第2节 二维流场中流动方向的测量
1、测量原理：
基于流体对物体绕流时，物体表面的压力
分布与流动方向有确定关系
p1 p2
11
第2节 二维流场中流动方向的测量
（1）方向孔最佳位置的确定：必须满足该点的压力对于气
V
国际标准中称 皮托管标定系数
2p c0
英国标准中称 c0 皮托管标定系数 我国两种标准都用。
5
第1节 流体速度大小的测量
笛形皮托管
6
测量高含尘量气流的皮托管
•吸气式皮托管主
要用于高含尘量
的负压管道气流 压力的测量；
•遮板式是依靠遮
板来阻止灰尘直 接进入测量管； •靠背式是因为测 压管孔径较大而
v12 p1' v2 '2 p2 ' 2g 2g 由连续性方程： S1v1 S2v2 '
杯式
翼式
2.测量原理
空气通过转杯时，推动叶片转动。根据 叶片的角位移推算流过的空气量
26
27
AVM-03风速计
风速计
檔位 M/S KNOTS
测量范围 0.3-45.0 0.6-88.0
分辨率 0.1 0.1
误差 ± 3% or 0.1 位 ± 3% or 0.1 位
ft/min
Km/hr 温度(AVM-03) 温度(AVM-03) ℃ ℉
流方向角的变化率为最大，即
dP d maximum
（2）方向探针的灵敏度
2P d c 2 n d
P P P2 1
12
第2节 二维流场中流动方向的测量
2、测量方法 方向测量通常有两种方法：对向测量和不对向测量。
（1）对向测量——使探针绕其本身的轴转动 ，当两测孔
v
v2
ρ2
49
第5节 流量测量
伯努利方程
势能
动能
压力能
+
流体能
v p1 v2 p2 gh1 gh2 2 1 2 2
2 1
2
50
流量计分类
总量 流量计 瞬时 流量计 体积 流量计 容积式 速度式 压差式 流体阻力式 测速式 流体振动式
质量 流量计
51
52
53
流量计分类
c4 2 c c2 p4 ps 1 ps K 4 2 c 2
2
22
第3节 三维流场中流动方向的测量
p3 p1 K3 K1 p3 p1 K3 Kபைடு நூலகம்
c
2
2
c2
2
p3 p1 K p2 p4
19
第3节 三维流场中流动方向的测量
2、五孔球形探针
20
第3节 三维流场中流动方向的测量
3 ci c sin i 2 pi ps 9 2 Kp 1 sin i 2 c 2 4
21
第3节 三维流场中流动方向的测量
p1 ps p2 ps
c
2
2
c2
2
热线电流和流体速度的关系，这也就是等 温法的原理。
29
第4节 热线风速仪
Q QR Q F (Tw T f ) QR I Rw
2 w
Nu d n Nu a b Re
30
第4节 热线风速仪
I Rw (a ' b ' u )(Tw T f )
2 w n
a F a' d n 1 b Fd b' n v
2、可压缩性对气流速度测量的影响
在高速气流中必须考虑影响气体密度的压力绝对值，因为气流速度的变化会
引起压力变化。可压缩气流的速度V不是由压差确定而是由压力比决定，因 此在测量气流速度时，要分别测出气流的总压及静压。
式中，k是气体的等熵指数，对于空气，k=1.4。
最后得到考虑可压缩性时，气流速度的公式为
1、速度探针 测量原理：跟据不可压缩流体中柏努利方程：
V
2( p0 ps )
因此只要测出流体的总压，静压以及流体的密度就
可用上式求出流体的速度。
3
第1节 流体速度大小的测量
L形皮托管
（a）带半球形头部的标准皮托管
（b）带锥形头部的皮托管
4
第1节 流体速度大小的测量
2 c1 2 c 1 ps K1 2 c c2 2 c2 1 ps K 2 2 c
2 c3 2 c c p3 ps 1 ps K3 2 c 2
第4章 流速和流量的测量
1
第4章 流速和流量的测量
掌握稳态流体速度的测量原理及方法； 掌握几种速度探针的原理及结构； 掌握热线风速仪及多普勒测速仪的原理及测量电路； 掌握速度方向的测量原理和几种方向探针的结构及 使用方法； 掌握流量测量原理和几种流量计的工作原理及结构。
2
第1节 流体速度大小的测量
31
第4节 热线风速仪
Rw R0 [1 (Tw T0 )]
2 Iw
(a ' b ' u n )(Tw T f ) R0 [1 tw t0 ]
a F a' d b Fd n 1 b' vn
32
第4节 热线风速仪
I 2 R0 1 Tw T0 a , (Tw T f ) u b, Tw T f
量计、质量流量计等。
54
第6节 节流压差式流量计
1-节流元件 2-引压管路 3-三阀组 4-差压计
节流式流量计组成与实物图
55
第6节 节流压差式流量计
文丘利管 文丘利管压力损 失最小，而孔板 压力损失最大。
喷嘴
孔板
56
常用的节流装置
57
1、测量原理及流量方程
选定两个截面，I—I是节流装置前 流体开始受节流装置影响的截面； II-II是流束经过节流装置后收缩最 厉害的流束截面，由伯努利方程 式得
所指示的压力相等时，两孔的对称中心就与流动方向一致。 这时相对于一定的 参考方向(初始位置)就可以决定流动方向 角。 （2）不对向测量——将两孔的对称轴固定在某一参 考方
向，测量两孔的压力差，根据校正曲线(两孔压差与流动方向
的关系)确定流体方向。
13
第2节 二维流场中流动方向的测量
L 型及 U 型探针
17
第2节 二维流场中流动方向的测量
球形三孔测速管构造
1-赤道面； 2-子午面； 3-三孔感压球形探头； 4-接管； 5-干管； 6-传压管； 7-分度盘； 8-指针； 9-锁紧螺钉； 10-键槽； 11-接嘴
18
第3节 三维流场中流动方向的测量
1、四孔圆柱探针
2, 3, 4——方向孔 1——总压孔
I→ v T
T →v 恒流型
恒温型
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第4节 热线风速仪
35
36
第4节 热线风速仪
37
二．散热率法测量流速
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39
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第4节 热线风速仪
1－支架 2－电机 3－风机 4－闸板阀 5－皮托管 6－管线 7－旋风分离器 8－热线探头 9－热线风速仪 10－计算机系统
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第4节 热线风速仪
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第3节 三维流场中流动方向的测量
p3 p1 K3 K1 p0 ps p2 p4 K2 K4 p0 ps p2 ps K2 p0 ps
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其他流速测量方法
一．机械法测量流速
1．种类：翼式、杯式
适用范围： 以前：风速范围为15—20m/s以内，只能测量流速的平均值， 不能测量脉动流。通过机械仪表用指针指示。 目前：测速范围为0.25—30m/s，并且可测量流速的瞬时值。 25 可将叶轮的转速转换成电信号。
p2 ps K0 c 2
2
p1 ps K1 c 2
2
p2 p1 K0 K1 c 2
2
c
2 p2 p1 K 0 K1
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第2节 二维流场中流动方向的测量
（a）球形 （b）尖劈形 （c）普通圆柱形 （d）发散圆柱形 （e）聚合圆柱形
流量。
2．总流量：在一段时间内流过流体量的总和， 也可用在这段时间内对瞬时流量的积分。 3．平均流量：总流量除以得到总流量的时间间 隔称该段时间内的平均流量。
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表达方式
qm—质量流量 kg/s qw—重量流量 kgf/s
qv—体积流量 m3/s
转换关系：
qm
qw q v g
•标准体积流量：温度为20℃，压力为一标 准大气压测得的体积流量为标准体积流量。
不易堵塞。 （a）吸气式 （b）遮板式 （c）靠背式
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第1节 流体速度大小的测量
例：如图所示，在皮托管上连
接酒精比压计，测定风管中的 某点风速，已知微压计斜管的 倾角为30度，l=50mm，酒精 密度为800kg/m3，空气密度为
1.255kg/m3，标定系数为1.0，
试求管内该点的风速。
8
第1节 流体速度大小的测量
1 n
I 2 R0 1 Tw T f T f T0 a , (Tw T f ) u b, Tw T f
1 n
33
第4节 热线风速仪
u f I , Tw
测量方法：恒电流法、恒温法
I 都需要对流 体温度值进 行修正
4 4 Ma 2 2 k Ma , 0.2% 4 24
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第2节 二维流场中流动方向的测量
1、测量原理：
基于流体对物体绕流时，物体表面的压力
分布与流动方向有确定关系
p1 p2
11
第2节 二维流场中流动方向的测量
（1）方向孔最佳位置的确定：必须满足该点的压力对于气
V
国际标准中称 皮托管标定系数
2p c0
英国标准中称 c0 皮托管标定系数 我国两种标准都用。
5
第1节 流体速度大小的测量
笛形皮托管
6
测量高含尘量气流的皮托管
•吸气式皮托管主
要用于高含尘量
的负压管道气流 压力的测量；
•遮板式是依靠遮
板来阻止灰尘直 接进入测量管； •靠背式是因为测 压管孔径较大而
v12 p1' v2 '2 p2 ' 2g 2g 由连续性方程： S1v1 S2v2 '
杯式
翼式
2.测量原理
空气通过转杯时，推动叶片转动。根据 叶片的角位移推算流过的空气量
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AVM-03风速计
风速计
檔位 M/S KNOTS
测量范围 0.3-45.0 0.6-88.0
分辨率 0.1 0.1
误差 ± 3% or 0.1 位 ± 3% or 0.1 位
ft/min
Km/hr 温度(AVM-03) 温度(AVM-03) ℃ ℉
流方向角的变化率为最大，即
dP d maximum
（2）方向探针的灵敏度
2P d c 2 n d
P P P2 1
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第2节 二维流场中流动方向的测量
2、测量方法 方向测量通常有两种方法：对向测量和不对向测量。
（1）对向测量——使探针绕其本身的轴转动 ，当两测孔
v
v2
ρ2
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第5节 流量测量
伯努利方程
势能
动能
压力能
+
流体能
v p1 v2 p2 gh1 gh2 2 1 2 2
2 1
2
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流量计分类
总量 流量计 瞬时 流量计 体积 流量计 容积式 速度式 压差式 流体阻力式 测速式 流体振动式
质量 流量计
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流量计分类
c4 2 c c2 p4 ps 1 ps K 4 2 c 2
2
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第3节 三维流场中流动方向的测量
p3 p1 K3 K1 p3 p1 K3 Kபைடு நூலகம்
c
2
2
c2
2
p3 p1 K p2 p4
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第3节 三维流场中流动方向的测量
2、五孔球形探针
20
第3节 三维流场中流动方向的测量
3 ci c sin i 2 pi ps 9 2 Kp 1 sin i 2 c 2 4
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第3节 三维流场中流动方向的测量
p1 ps p2 ps
c
2
2
c2
2
热线电流和流体速度的关系，这也就是等 温法的原理。
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第4节 热线风速仪
Q QR Q F (Tw T f ) QR I Rw
2 w
Nu d n Nu a b Re
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第4节 热线风速仪
I Rw (a ' b ' u )(Tw T f )
2 w n
a F a' d n 1 b Fd b' n v
2、可压缩性对气流速度测量的影响
在高速气流中必须考虑影响气体密度的压力绝对值，因为气流速度的变化会
引起压力变化。可压缩气流的速度V不是由压差确定而是由压力比决定，因 此在测量气流速度时，要分别测出气流的总压及静压。
式中，k是气体的等熵指数，对于空气，k=1.4。
最后得到考虑可压缩性时，气流速度的公式为
1、速度探针 测量原理：跟据不可压缩流体中柏努利方程：
V
2( p0 ps )
因此只要测出流体的总压，静压以及流体的密度就
可用上式求出流体的速度。
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第1节 流体速度大小的测量
L形皮托管
（a）带半球形头部的标准皮托管
（b）带锥形头部的皮托管
4
第1节 流体速度大小的测量