流速测量
如何进行水流测量与流量计算
如何进行水流测量与流量计算引言：水是生命之源，随处可见的水流不仅在自然界中扮演着重要角色，也在工业生产和日常生活中扮演着至关重要的角色。
而了解水流的量和速度是进行科学研究、工程设计以及资源管理的基础。
本文将介绍水流测量的方法和流量计算的原理，帮助读者更好地理解这一领域的基本概念和技术。
一、流速测量的方法在进行流量计算之前，我们首先需要了解如何测量水流的流速。
以下是常见的几种流速测量方法：1. 浮标法浮标法是一种简单而直观的流速测量方法。
它适用于有明显水流的河流、溪流或管道中的流速测量。
测量者在水中放置浮标，然后观察它在一段距离内所需的时间来测量流速。
通过测量浮标在固定距离内所经过的时间，再结合距离，可以计算出水流的平均速度。
2. 流速计流速计是一种专用仪器，可以直接测量水流的速度。
它使用了多种原理，如旋转叶片、超声波或压力传感器等。
通过将流速计置于水流中，仪器将给出实时的水流速度读数。
这种方法通常比浮标法更准确和方便，特别适用于涉及精确测量的工程和科学研究。
3. 勒测法勒测法是一种通过测量水流对流体的压力进行流速估计的方法。
它通常应用于管道或河道等封闭系统中，使用特殊的勒测计来测量压力差。
通过压力差和流体性质，可以推算出流速。
勒测法精度较高，但需要专用仪器和更复杂的计算。
二、流量计算的原理测量流速后，我们可以通过流量计算来确定水流的总量。
以下是几种常见的流量计算方法：1. 平均速度法平均速度法是基于流速的平均值来计算流量的方法。
首先通过流速测量方法得到几个采样点的流速值，然后将这些值求平均。
接下来，将平均速度与管道的横截面积相乘，即可得到流量。
2. 勒测法上文提到的勒测法可以直接得到流速，从而可以直接计算流量。
勒测法的优势在于其高精度和实时性，尤其适用于对流量要求较高的场合。
3. 两点法两点法是一种利用流速在不同位置上的差异来计算流量的方法。
通过在管道的不同位置上测量流速，并记录下相应的对应位置，可以得到流速的分布情况。
测量流体速度方法
测量流体速度方法
测量流体速度的一种常用方法是使用流速计。
以下是一些常见的测量流体速度的方法：
1. 流速计：流速计是测量流体速度的专用设备。
常见的流速计包括旋转式流速计、热式流速计、超声波流速计等。
这些流速计能够测量流体在管道或其他容器内的速度。
2. 浮子法：浮子法是一种简单的测量液体流速的方法。
它通过测量液体中的浮子在给定距离内移动所需的时间来计算流速。
3. 压力差法：根据伯努利原理，流体在管道中流动时，速度增加时压力会降低。
通过测量管道两端的压力差，可以计算出流体的速度。
4. 热膨胀法：热膨胀法是测量气体流速的一种方法。
它基于热膨胀的原理，通过测量气体通过管道时产生的温度变化来计算流速。
5. 质量流量计：质量流量计是一种直接测量流体质量流量的方法，通过测量流体在单位时间内通过流量计的质量来计算流速。
这些方法各有优缺点，适用于不同的流体和测量条件。
在选择测量流体速度的方法时，需要考虑测量精度、测量范围、成本和实际应用等因素。
流体力学中的流体流速测量
流体力学中的流体流速测量流体力学是研究流体运动规律和性质的学科，涉及到流体的流速测量也是其中重要的内容之一。
流体流速测量的准确性和可靠性对于许多领域都至关重要，例如航空航天、能源、环境工程等。
本文将介绍几种常见的流体流速测量方法及其原理。
流体流速的测量可以基于不同的物理现象，下面将分别介绍以下三种常见方法：流管法、热膜法和超声波法。
一、流管法流管法是一种常用的流体流速测量方法，其基本原理是根据流体通过管道时的压力变化来计算流速。
具体操作过程是将待测流体通过一段已知长度和截面积的管道，进入一段较宽的容器，形成不同截面积的两端，称为流管。
通过测量流管两端的压力差，可以计算出流体的流速。
二、热膜法热膜法是通过在流体中加热膜元件来测量流速的一种方法。
其原理是利用热量传递的规律来推算流体的流速。
热膜法适用于流速较小或者粘性较大的流体，例如液体。
在实际应用中，会在流体中插入一个加热器，通过测量加热器上的温度变化，可以得到流体流速的信息。
三、超声波法超声波法是一种基于超声波技术的流体流速测量方法。
它采用超声波在流体中传播的速度与流体流速之间的关系，通过超声波传感器和接收器之间的时间差来计算流速。
超声波法适用于不同介质的流体测量，如气体、液体等。
它具有测量范围广、测量精度高等优点。
总结：流体力学中的流体流速测量是一项重要的技术，涉及到多种测量方法。
本文简要介绍了流管法、热膜法和超声波法这三种常见的流速测量方法及其原理。
通过选择合适的测量方法，可以准确地获取流体流速的信息，为相关领域的工程和研究提供有价值的数据。
在未来的发展中，相信会有更多更先进的流体流速测量方法被提出并应用于实际生产和科学研究中。
流速测量原理与公式
流速测量原理与公式1.引言流速是指单位时间内流体通过某一特定截面的体积，是流体力学中的一个重要参数。
流速的测量对于许多工程和科学领域都至关重要，例如水力学、气象学和环境工程等。
本文介绍了流速测量的基本原理和常用的测量方法。
2. 流速测量原理流速测量的基本原理是利用流体通过单位时间内通过截面的体积来确定流速。
根据流体力学基本方程，流速可以通过测量截面上的压力差或涡旋流的旋转速度来得到。
2.1 压力差法压力差法是一种常用的测量流速的方法。
该方法基于伯努利方程，通过测量流体在两个不同截面处的压力差和流道几何参数，可以计算出流速。
其中，流道几何参数包括截面面积和长度等。
2.2 涡旋流法涡旋流法是另一种常用的测量流速的方法。
该方法利用流体在涡旋流装置中的旋转速度来反映流速。
通过测量涡旋流的旋转速度和装置的几何参数，可以计算出流速。
3. 流速测量公式根据上述原理，可以得到一些常用的流速测量公式。
以下是两种常见的测量方法对应的公式：3.1 压力差法公式流速（V）可以通过以下公式计算：V = (2*(P1 - P2) / (ρ * A))^0.5其中，P1和P2分别为两个截面处的压力，ρ为流体的密度，A 为截面的面积。
3.2 涡旋流法公式涡旋流法可以通过测量旋转速度（ω）来计算流速（V）。
涡旋流法的计算公式如下：V = k * D * ω其中，k为修正系数，D为涡旋流装置的直径，ω为涡旋流的旋转速度。
4. 结论流速测量是一种重要的工程和科学任务，可以通过压力差法和涡旋流法等方法来实现。
通过测量截面处的压力差或涡旋流的旋转速度，并结合相应的测量公式，可以准确计算出流速。
建筑环境测试技术第七章 流速及流量测量
1.毕托管使用条件
1）毕托管测速下限规定：毕托管总压力孔直径上的
流体 Re 200
， V太小，则动压太小——测量不准
开口较大 V太小， 灵敏度下降
T型测速V>3m/s
2）减少测量误差：d 0.02 （最大<0.04） D
K 0.01 （相对粗糙度）
D
管道内径>100mm 3）使用前用标准毕托管校正校正系数
电热丝 热电偶 细调 粗调
优点：电路简单 缺点：测速探头在变温度阻状态下工作，易使敏感元
件老化，稳定性差。
三、动力测压法测量流速
1. 工作原理: 2. 1)伯努力方程
3.
P
V2
2
P0
4. 静压 动压 全压
5.
V
2
(P0
P)
6. 毕托管测 静压，总压
实际测量： V K
2
(P0
P)
KP ——速度校正系数（0.83~0.87 标准0.96）
节流现象：
① VAVBVC ② 静压力产生压差 P P 1 P 2 (P 1 P 2 )
上式说明：① I（或T）一定V与T（或I）成单值函数 关系。
热线风速仪有恒流、恒温（恒阻）两种设计电路。
2）恒温法——较为常用
① 热线感受气流速度＝0时，调节电桥G＝0 ② 进行测量时，热丝T R调节IT（恒温）电桥平衡G＝0
V f (I) （∵最终RW恒定）
测量IV
3）恒流法 原理图与热球风速仪类似
分布的均匀性。
与管道断面尺寸无关。
准确度——与使用场合有关。 流速分布的均匀性——与被测流体断面位置有关。
3.平均流速的计算
∵ PVRT
1 P
水文测量中的流速测量方法与设备选择
水文测量中的流速测量方法与设备选择引言水文测量是一项重要的工作，它关系到水资源的利用和管理。
在水文测量中，流速测量是其中一个关键的环节。
本文将探讨流速测量的方法和设备选择，以帮助读者更好地了解水文测量中的流速测量。
一、流速测量方法1. 静态测速法静态测速法是最简单的流速测量方法之一。
它基于水流静止时的水位变化来计算流速。
通常使用水尺或流量计测量水位变化，然后使用公式进行计算。
这种方法适用于较小的流速和水位变化范围较小的情况。
2. 平均测速法平均测速法是通过将测点划分为多个小区域，分别测量各个小区域的流速，并计算平均值来确定整个测点的流速。
这种方法适用于流速存在较大差异的情况，可以提高测量的准确性。
3. 动态测速法动态测速法是通过测量水流中的浮标或测流器的移动速度来确定流速。
这种方法适用于水流比较湍急的情况，可以提供较精确的测量结果。
二、流速测量设备选择1. 流速计流速计是一种专门用于测量水流速度的仪器。
它通过测量水流中的浮标或测流器的速度来计算流速。
流速计有多种类型，如浮标流速计、涡轮流速计等。
在选择流速计时，需要考虑测量范围、精度和可靠性等因素。
2. 水尺水尺是一种常用的测量水位变化的设备。
它通过读取水位刻度来测量水位变化，进而计算流速。
水尺分为直尺水尺和曲线水尺两种类型。
直尺水尺适用于较小的流速和水位变化范围较小的情况，而曲线水尺适用于较大的流速和水位变化范围较大的情况。
3. 流量计流量计是一种直接测量流量的设备。
它通过测量流入或流出的水量来计算流速。
有不同类型的流量计，如涡轮流量计、电磁流量计等。
在选择流量计时，需要考虑流量范围、精度和可靠性等因素。
结论在水文测量中，流速测量是一个关键的环节。
根据不同的流速测量要求，可以选择不同的测量方法和设备。
静态测速法适用于较小的流速和水位变化范围较小的情况，平均测速法适用于流速存在较大差异的情况，动态测速法适用于水流比较湍急的情况。
流速计、水尺和流量计是常用的流速测量设备，在选择时需要考虑测量范围、精度和可靠性等因素。
热工测量第5章流速测量
5.2 流动方向的测量
3.两管形方向管 在只需要测量气流方向的场合,可用两根针管制成两管形方向管。其斜 角在45°~60°之间,两管要尽量对称,以斜角向外的较常用。如图5-10a所 示,两方向孔的距离小,测量结果受气流横向速度梯度的影响也小,当刚性较 差时,方向管的使用方法大致与复合管相同。
(2)测压管的校验 被校验的测压管与标准测压管读数进行对比实验, 以标准表读数为真值做被校验仪表的校验曲线。由于风速与被测气流的温 度、湿度及大气压等因素有关,对比实验时,应同时测出这些量作为参考因 素。
5.2 流动方向的测量
速度是矢量,不仅有大小,还有方向。方向测量可以分为平面和三维空 间气流的检测。本节主要介绍平面气流的测量。平面气流的测量包括气流 方向和气流速率的测量。测量气流速率的依据是不可压缩流体对某些规则 形状物体的绕流规律;流动方向是通过测量流速在不同方向的变化得到的, 可以在测压管得到不同方向的压力来反映速度的变化。
5.2 流动方向的测量
为了保证安装测压管的位置及方向,通常都在测压管上焊接一方向块, 焊接时尽量使方向块的平面与总压孔2的轴线相平行,方向块的平面就作为 测压管的原始位置,即几何轴线。
在使用时,几何轴线和气动轴线分别对应于坐标架刻度盘上的一个读数, 几何曲线与气动轴线的夹角称为校正角,如图5-8所示。校正角和校正曲线 一样,是在校正风洞上得到的。由于工艺上的原因,气动轴线、几何轴线及 总压孔2的轴线三者不一定平行。气流方向与气动轴线的夹角称为气流偏 角。气流偏角正负的规定:气流方向在基准方向的左侧,取正号;气流方向在 基准方向的右侧,取负号。α以几何轴线为基准方向,αc以气动轴线为基准方 向。
物理实验技术中的流速测量方法与技巧
物理实验技术中的流速测量方法与技巧引言：在物理实验中，流体的流速是一个重要的参数，它对于研究流体运动和流量的特性至关重要。
本文将介绍几种常用的流速测量方法与技巧，帮助读者了解流体的运动规律和实验操作。
一、流速测量方法之涡轮流量计涡轮流量计是一种常见的流速测量设备。
它利用涡轮在流体中旋转产生的频率与流速成正比的原理进行测量。
在实验中，将涡轮流量计放置在流体管道内，通过固定的转子叶片与流体发生转动摩擦，从而测量流速。
使用涡轮流量计时，需要注意选择适合流量范围的设备，以确保测量精度。
二、流速测量方法之风速计风速计主要用于气体流速的测量。
它采用热线或热膜测温原理，通过测量气体流经探头时温度的变化来计算流速。
风速计在实验中的应用非常广泛，例如测量风速、气体排放速度等。
测量时要注意探头与气体流动方向垂直，并做好温度补偿以提高测量精度。
三、流速测量方法之皮托管皮托管是一种常见且精确的流速测量仪器。
它利用流体速度与静压差的关系进行测量。
皮托管由一个通入流体的长导管和一个短导管组成。
通过测量长导管与短导管中的压力差，可以计算出流体的速度。
使用皮托管时，需要选择合适的导管长度和直径，以确保测量结果的准确性。
四、流速测量技巧之数据处理在进行流速实验时，良好的数据处理技巧是至关重要的。
首先，要保证实验中的数据采集准确可靠。
其次，在数据处理过程中，需要进行数据分析和统计，以去除异常值和噪音干扰，确保测量结果的准确性。
最后，还需要对数据进行合理的图表展示，以便清晰地观察和解读测量结果。
五、流速测量技巧之实验操作在进行流速测量时，合理的实验操作是非常关键的。
首先，要充分了解所使用仪器的操作原理和使用方法，并保证其正常工作状态。
其次，在操作过程中，要注意保持实验环境的稳定和恒定，避免外界因素对测量结果的影响。
最后，要保证实验的重复性，进行多次测量并取平均值，以提高测量的准确性。
六、流速测量技巧之误差分析在进行流速测量时，误差是无法避免的。
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三激光多普勒测速仪(LDV)
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：514.5，488，476.5nm
1．激光器：水冷氩离子激光器 输出功率：5W 光束直径：1.5mm 光束发散角：0.5mrad
三 激光多普勒测速仪(LDV)
2．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
三激光多普勒测速仪(LDV)
基本光路
V
三 激光多普勒测速仪(LDV)
条纹模型
zy
z y
y x
x f
三 激光多普勒测速仪(LDV)
条纹模型
1
d
2
V
d
2 sin
2
fD
V d
2V
0
sin
2
三 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
信号处理器
放大器
光电倍增 管电源
3．处理器 最大输入多普勒频率：FSA3500 100MHz FSA4000 175MHz 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
三 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；支持数据回放；支持周期性流 动测量；支持各种速度统计：平均速度、均方根、剪应 力、湍流度；支持粒径统计：平均粒径、D32、体积通量； 各统计参数关联分布；提供各参数的自相关、互相关、 功率谱分析；支持数据导出
A1 B1 V Rw Rf
Rw 0 R0
R3
Rw
e e - e V , Tw , Rw , 1 , 2 1 , e0 , IB , eB , I1 , Tw , RW
二 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
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。
二 热线风速仪
恒流式： R2 >> Rw
R2
R1
E
e1 RW
Rw
I
Rf
I w2 0 R0
A1 B1 V A1 B1
V
二 热线风速仪
恒温式：
IB
R2
R1
I2 I1 e0
Iw Rw
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。
二 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0.2
mm。
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。
USTC
二 热线风速仪
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 测速仪，功能与热丝相似，但多 用于测量液体流速。
三 相位多普勒粒子分析仪（ PDPA）
发射器
激光器
接受透镜
处理器
光电倍增管
三 相位多普勒粒子分析仪（ PDPA）
P=1
P=2
m
P=0
四 粒子成像速度计( PIV)
Particle Image Velocimeter
什么是PIV 1. PIV是一种在流场中同时多点（如数千点）
测量流体或粒子速度矢量的光学图象技术。 2. 通常在流场的“平面薄片”中进行测量。 3. 精度和空间分辨率可与LDV及HWA比较。
USTC
二 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1 MH z。测速量程可达到500m/s （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。
钨丝：0 5.2 103 1 K ,1 7.0 107 1 K 2
0
1, Tw
T0
Rw R0
0 R0
得热平衡方R f
A1 B1
v
二 热线风速仪
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 缺点：属于接触式测量，对流场有一定影 响。测量范围较小5~30m/s，流体马赫数不大 于0.8.
二 热线测速仪 Hot Wire Anemometer
1. 热线测速仪的工作原理 2. 热线测速仪的静态特性 3. 两种运行方式 4.热线测速仪的标定
二 热线风速仪
热线测速仪（Hot Wire Anemometer，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，也可用于测量流体的温度。
三 相位多普勒粒子分析仪（ PDPA）
Phase Doppler Particle Analyzer
仪器包括320mw氩离子风冷激光器、激光耦合器、RSA信号 处理器、数据处理系统以及激光发射和接收器等。一般情 况下，它的测速范围是-90～283m/s，可测粒径范围是 0.5～90µm，此范围还可通过更换发射镜头加以扩大。
四粒子成像速度计( PIV)
PIV 原理
粒子第一 个的像
t 后，粒子 第二个的像
Y X
X X
U lim 2
1,
V lim Y2 Y1
t2t1 t2 t1
t2t1 t2 t1
四 粒子成像速度计( PIV)
典型系统:
电子同步器
CCD
计算机
Nd:YAG激光器
四 粒子成像速度计( PIV)
（b）尾迹的速度场 （d）涡量分布图
PIV定量测量的 活鱼尾迹流场
（来流速度 88mm/s，脉冲 的间隔3ms，查 询区为2.74mm X 2.74mm）
5．移动坐标架、探头安装导轨及控制器 行程：600X600X600mm；含探头安装支架及控制器；电 缆长度：满足工作场地要求；位置分辨率：0.01mm；承 重：50公斤以上；控制方式：完全计算机控制
三 相位多普勒粒子分析仪（ PDPA）
Phase Doppler Particle Analyzer
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，是目前世界 上速度测量精度最高的仪器。
相位多普勒粒子分析仪顾名思义是利用多普勒效应来测量运动粒子的相 位特性。它是由激光多普勒测速仪发展而来的，至今已有近二十年的历 史。
PDPA所依据的基本光学原理是Lorenz－Mie散射理论。如同声波的多普 勒效应一样，光源与物体相对运动也具有多普勒效应。在PDPA中，依靠 运动微粒的散射光与照射光之间的频差来获得速度信息，而通过分析穿 越激光测量体的球形粒子反射或折射的散射光产生的相位移动来确定粒 径的大小。
Qf k A / l Tw Tf t A B
d
v
强迫对流传走的热
Qw IW2 RW t 热平衡时：
电流加的热
IW2 RW Tw Tf A1 B1 v
二 热线风速仪
金属丝电阻随温度变化：
Rw R0 1 0 Tw Tf 1 Tw Tf 2
铂丝：0 3.5103 1 K ,1 5.5107 1 K 2
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。
三 激光多普勒测速仪(LDV) Laser Doppler Velocimeter
二 热线风速仪
强迫对流传热---占主导地位。 金（King, 1914）公式：
Nu A BRe0.5
Nu
hd k
Re
vd
强迫对流传热 气体热传导 惯性力 粘性力
V
Q
Q
iw
Qf hdlTw T
二 热线风速仪
Nu
强迫对流传热 气体热传导
k
A/l
Qf Tw
Tf
t A BRe0.5 King公式
动态流场测试技术
1 皮托管测速 2 热线测速 3 激光多普勒测速(LDV) 4 粒子成像(PIV)
一 皮托管测速
皮托管测速原理：利用流体的总压和静压之 差，即动压来测量流速，也称动压管。也称 风速管。
一 皮托管测速
一 皮托管测速
一 皮托管测速
1 优点：结构简单、制造实用方便、价格低 廉。
激光器
CCD
YAG激光器
双YAG激光器的光路系统示意图
四 粒子成像速度计( PIV)
算法
第一次曝光的图象
第二次曝光的图象
双曝光的图象
四 粒子成像速度计( PIV)
算法
CCD
流场的像 100X125mm
计算机
查询区 1X1mm
自相关、互相关