风洞风速与风量测试校准系统

风洞风速与风量测试

校准系统

课程：热工计量技术

学院：计量测试工程学院

班级：10力学1班

姓名：***

学号：*********

指导老师：***

2013年6月20日

目录

一、风洞的介绍及概述

二、实验原理概述

（一）风速的测量校准

1、风速测量原理及装置

2、测量方法及步骤

3、风洞中风速的校准

4、误差分析

（二）风量的测量校准

1、风量测量原理与装置

2、测量方法与步骤

3、风洞中风量的校准

三、心得总结

一．风洞的介绍及概述

风洞实验是飞行器研制工作中的一个不可缺少的组成部分。它不仅在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用，随着工业空气动力学的发展，在交通运输、房屋建筑、风能利用等领域更是不可或缺的。这种方法，流动条件容易控制，可重要依据是运动的相对性原理。实验时，常将模型或实物固定在风复地、经济地取得实验数据。为使实验结果准确，实验时的流动必须与实际流动状态相似，即必须满足相似律的要求。但由于风洞尺寸和动力的限制，在一个风洞中同时模拟所有的相似参数是很困难的，通常是按所要研究的课题，选择一些影响最大的参数进行模拟。此外，风洞实验段的流场品质，如气流速度分布均匀度、平均气流方向偏离风洞轴线的大小、沿风洞轴线方向的压力梯度、截面温度分布的均匀度、气流的湍流度和噪声级等必须符合一定的标准，并定期进行检查测定。

流体力学方面的风洞实验指在风洞中安置飞行器或其他物体模型，研究气体流动及其与模型的相互作用，以了解实际飞行器或其他物体的空气动力学特性的一种空气动力实验方法；而在昆虫化学生态学方面则是在一个有流通空气的矩形空间中，观察活体虫子对气味物质的行为反应的实验。简单地讲，就是依据运动的相对性原理，将飞行器的模型或实物固定在地面人工环境中，人为制造气流流过，以此模拟

空中各种复杂的飞行状态，获取试验数据。这是现代飞机、导弹、火箭等研制定型和生产的“绿色通道”。简单的说，风洞就是在地面上人为地创造一个“天空”。

本系统使用的风洞如下：

该风洞属于回流式低速风洞,试验段用透明有机玻璃制作,尺寸为2.4m×2.4m×4m,其最大速度可达60米/秒,结构如图1所示

1.固定段

2.蜂窝器

3.阻尼网

4.收缩段

5.模型

6.风洞天平

7.实验段

8.压力平衡孔

9.扩压段10.电动机11.风扇12.反扭导流片13.整流体14.回流段15.拐角16.导流片

图1 风洞效果图

二、实验原理概述

(一)风速的测试校准

1、风速测量原理及装置

本系统使用的是激光多普勒测速仪

激光多普勒测速的特点

a、无接触测量，测量过程对流场无干扰；

b、空间分辩率高,适用于边界层、薄层流体及狭通道流体的测量；

c、动态响应快，可进行瞬时测量，是研究紊流,测量瞬时速度的新方法；

d、测量精度高，该仪器的基本原理是一个精确的物理表达式，基本上与流体的其它特性无关；

e、利用测须差来测速度，由于须差和速度从低速到高速是一个线性关系式，故不需校正，并且频移的可测速度范围很大；

f、好的方向灵敏性，可以比较方便地测量任意方向上的速度分量。

激光多普勒测速的局限性

局限性

a、被测流体要有一定的透光度，管道要有透明窗口。试验段一般采用透明的有机玻璃，但若测量精度要求很高,通常采用光学玻璃；

b、测纯净的水或空气时，须人工掺入适当的粒子作散射中心，并对

粒子尺寸有一定要求；

c 、流速很高时，要求提高激光输出功率，另外由于信号频率高而使信号处理困难；

d 、价格较贵，且有一定的防震要求。

1.仪器原理：

激光多普勒测速仪（LDA ）：由布拉格单元输出的两束强度相同的光，其中一束被加了一个频移。这两束光通过聚焦进入光纤，然后被传输到探头。这些光经过一个聚焦透镜在探测体内相交于一点。

在探测体内，由于光的干涉现象，光的强度被调整而产生一组干涉条纹,条纹的方向与两束入射光的的角平分线平行。由两列相干涉平面波相互干涉的结果可知，干涉条纹的距离是由激光的波长和两光束的角度决定的：

2

sin 2θλ

=d

式中λ——入射光的波长；

θ——入射光束的夹角。

当示踪粒子在垂直于干涉条纹方向上随流体以速度V 穿过条纹时，若粒子位于条纹的亮区，则对光的阻挡及散射最大，相反对光的阻挡及散射最小。因此，散射光中包含了一个多普勒频移，在条纹之后接收到的光信号是一个调制量，它与和这两个光束等分线垂直的速度分量成比例。

光电探测器把光强度的波动转化成电信号，即多普勒脉冲。多普勒脉冲在信号处理器中被过滤和放大，然后经过频率分析（诸如快速傅立叶变换）确定多普勒频率，进而获得粒子的速度信息。

图1 LDV原理图

激光的多普勒效应：

当光源和运动物体发生相对运动时, 从运动物体散射回来的光会产生多普勒频移, 这个频移量的大小与运动物体的速度、入射光和速度方向的夹角都有关系。

图2 激光多普勒效应示意图

图3 激光多普勒测速技术基本原理及结构框图

2.测试系统

一台完整的LDV通常由以下几部分组成：光路系统，讯号处理系统，记录、显示部分。

激光器、光束扩展器和准直透镜和分束安装在远离风洞处。偏振旋转器和聚焦透镜被安放能够通过风洞试验段作轴向和横向测量的X一Y测量架上，从分束器出来的光束由介质膜平面反射镜第一表面射到测量架处。输出或接收光学系统安装在风洞对面一侧。针孔光阑和准直透镜被安装在精密微调架上。全部光学系统均安装在X一Y 测量架上,它与输入光学测量架的位移相配合。