现代工程控制中的测试与检测技术(10气流速度测量)讲解

4sin 2 (
)]
p3
p
1 2
v 2 [1
4sin 2 (
)]
p1
p3
1 2
v2[4sin2 ( ) 4sin2 ( )]
f
(v, , )
当= 0时，p1=p3 ，
因此，测得 p1=p3 ，可确定气流方向在“1”、“3”平分线上
当 ≠ 0时， p1 ≠ p3 ， 在 一定时 p1-p3=f (v,,)
复习
§ 2-2 压力测量
重力与被测压力平衡的测压方法（液柱法）
弹性力与被测压力平衡的测压方法（压力表等）
利用物质与压力有关的物理性质测压（压阻、压电等）
§2-2-2 气流压力测量
基于伯努利方程和 理想流体绕流物体的势流理论。
静压 p 静压管
绕流物体Cp=0处开孔取压
总压 p* 总压管
绕流物体Cp=1处开孔取压
向，得平均总压。 在流道壁面上开
静压孔。 保证刚度前提下，
直径d要尽量小，常取 d／D=0.04~0.09。 总压孔尽量小，
但不能堵塞。
二.气流方向测量 方向管
圆柱型方向管测向原理
垂直于轴线的平面内，沿径向开两孔1、3，夹角为
2，气流方向，与“1”、“3”平分线之夹角为α
于是：
p1
p
1 2
v 2 [1
4、PIV(particle image velocimetry)或PTV 5、激光干涉、全息等。
§2-2-1 测压管与测速技术
一、 气流速率测量 动压管
气流速度测量的基础是伯努利方程。对不可压流体：
p* p 1 v 2
2
v 2( p * p)
气流总压、静压可分别用总压管、静压管测量。
动压管：测量气流速率的测压管是动压管。
当 M>0.2 ~ 0.3时，须采用不同于Xv ~的曲线。可采用 p3/p2 = f ( p / p* , )( > 0 )或 p1/p2 = f ( p / p* , ) (< 0)
园柱三孔复合测压管 使用：
1）、对向测量
使 p1= p3
2）、不对向测量
不必 p1= p3
四、空间气流速度测量 三元复合测压管
§2-3 气流速度测量 目的：要了解热力机械运行状况及工作过程，需要
测量气流速度。
气流速度测量方法
1、以空气动力学为基础、通过测压确定流速，典型 仪器是测压管（中、高速） 。
2、研究流体某些流动特性时（湍流） ，热线（膜） 风速仪是一种合适的仪器。
3、激光多普勒测速技术，为热力机械中气流速度测 量提供了有效的工具（全范围）。
可建立方向管方向特性：
p1 p3 f ( ) 1 v2
2
由实验确定。
测得 p1-p3 之值，在一 定v下，可得，从而确
定气流的方向。
= 45 ，方向最敏感
三.平面气流速度测量 复合测压管
园柱三孔复合测压管测平面二维气流速度，同时可测
p*、p，最后确定气流速度和方向。
复合测压管测量原理
结构
设一平面气流，速度v
要点：
1) 三元复合测压管（球型五孔）测空间气流速度的基本 原理。
2) 三元复合测压管的校准曲线，及利用校准曲线确定流 速的方法。
§2-2-2 热线、热膜风速仪
1）、滞后小、响应快，可测量非稳定气流速度，截 止频率可达80KHz或更高，如用于湍流测量。
2）、探头小，可置于测压管难以安置的地方使用。
一.工作原理与热线方程 利用置于气流中通电的热线探头的（强制对流换热）
热损失与流速间的关系来测量流速。 热线探头：支架、热线和热膜。常用热线探头如图示。 热线：直径：d=3~5m；长度：l<300d。 热线材料：铂丝或钨丝 结构：一元、二元、三元探头
基本工作原理
热线探头置于气流中，气流速度v垂直于热线，且在热 线与支杆所成的平面内；热线通以电流I，则产生的热量
有
2
（测静压p）
v
p2－p1=v2 得
测压管校准曲线
p2 p1
（测流速v）
由于工艺上的原因及其它因素影响，不能直接用以上
的关系式求得p*、p、v。一般，p1、p2、p3与p*、p、v的
关系应在风洞上通过实验进行标定。
圆柱三孔测压管－气流方向、几何轴线、气动轴线
特性曲线
推荐的一组特性曲线中， p*和p是校准风洞中的总
p3
f 2 ( )
求取Xo ~关系：
总压管测 p* ,
对一定的，测得一组
p1，p2，p3,计算Xo ,
获得Xo ~关系曲线。 使用Xo ~α曲线： 测得的 p1、p2、p3 ， 由 X~，求得，再 由 Xo~曲线 → Xo， 最后计算p* 。
3 ) 速度特性
当M<0.2~0.3时，M对速度特性影响不大，可建立起Xv ~
对可压缩性流体，应为
v 2( p*' p' ) x (1 )
ρ— 气流密度，是气体静温、静压（气流未受扰动前）的函数。
x— 须标定。对标准L型动压管，保持在1.02~1.04，可不标定。
笛形动压管
主要用于测量大尺寸流道内的平均动压，以得到平均流速。 垂直安装在流道内，按等环面积开孔，迎着气流方
压和静压，p1、p2、p3是被校测压管 1、2、3孔感受的
压力。
1）、方向特性
X
p1 p3 2 p2 p1
p3
f1( )
求X～关系曲线：
对一定的，测量一组
p1，p2，p3，获得X，获
得曲线。
使用X～曲线：
依据测量值p1，p2，p3
计算X，查曲线确定
气流方向。
2) 总压特性
X0
p p2 2 p2 p1
L型动压管（毕托管）最常用。将L型静压管和动压
管同心地套在一起构成，可同时测量（p*-p）。
由于工艺上的原因，测得的总、静压之差不是流场
同一点的（p*-p），不能准确地反映出气流速率，应修
正。引入校准系数
x p*p
p*' p'
p*/和p/为动压管总压和静压的读数，则
v 2 ( p*' p')x
方向测量 对向，转动测
压管，寻 p1= p3位置，确定 气流方向（在1，3平分线上）
总压、静压、速度测量
p1= p3 时，有：
p2
p*
p
1 2
v 2
（测总压p*）
p2
p*
p
1 2
v 2p1p3 Nhomakorabeap
1 2
v2 (1 4sin 2
45 )
p
1 2
v 2
因此：
p2 p1 2 p
p p2 p1
Xv
p 2p2
p p1
p3
f3 (, M )
求取Xv ~α关系： 总压管测 p*，静压管测p
对一定的，测得一组 p1 、 p2、p3 ,计算Xv，得曲线。
使用Xv ~α曲线： 测得的 p1、p2、p3 ,由 X~，求得，再由 Xo~ 曲线 → Xo →p*
再 由 Xv ~α曲线 → Xv →p，v