流動(dòng)的量測與顯示技術(shù)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 流動(dòng)的量測與顯示技術(shù)流動(dòng)的量測與顯示技術(shù) 2 1、測壓管和測壓孔、測壓管和測壓孔 它們是在固體壁面上開設(shè)的小孔和各種形狀的開口管它們是在固體壁面上開設(shè)的小孔和各種形狀的開口管 子，開口管子直接插入流動(dòng)中測量點(diǎn)感受該點(diǎn)的壓力，并子，開口管子直接插入流動(dòng)中測量點(diǎn)感受該點(diǎn)的壓力，并 通過傳輸管與壓力表或測壓管連通，以測出壓力的大小。通過傳輸管與壓力表或測壓管連通，以測出壓力的大小。 它感受的壓力是作用在其開口面積上的平均壓力。它感受的壓力是作用在其開口面積上的平均壓力。 測壓管和測壓孔的幾何尺寸應(yīng)盡量小，以減少其對(duì)流測壓管和測壓孔的幾何尺寸應(yīng)盡量小，以減少其對(duì)流 動(dòng)的干擾和提高其空間分辨率

2、。動(dòng)的干擾和提高其空間分辨率。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：動(dòng)態(tài)響應(yīng)低，壓力值的自動(dòng)采集和記錄較麻煩。動(dòng)態(tài)響應(yīng)低，壓力值的自動(dòng)采集和記錄較麻煩。 測量精度主要由靜壓孔的幾何參數(shù)和測壓孔附近的邊測量精度主要由靜壓孔的幾何參數(shù)和測壓孔附近的邊 界層特性決定。界層特性決定。 測壓孔徑測壓孔徑D=0.51.0mm，孔深孔深h=310D。 測量誤差為測量誤差為0.5%1.0% 第1頁/共25頁 3 第2頁/共25頁 4 2、電磁式壓力傳感器、電磁式壓力傳感器 利用壓力改變時(shí)引起電和磁的改變的物理現(xiàn)象做利用壓力改變時(shí)引起電和磁的改變的物理現(xiàn)象做 成的傳感器稱為電磁式壓

3、力傳感器。這種傳感器種成的傳感器稱為電磁式壓力傳感器。這種傳感器種 類很多：類很多： （1）壓電晶體壓力傳感器；）壓電晶體壓力傳感器； （2）電感壓力傳感器；）電感壓力傳感器； （3）硅膜片壓力傳感器；）硅膜片壓力傳感器； （4）霍爾壓力傳感器。）霍爾壓力傳感器。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)態(tài)響應(yīng)高，便于信號(hào)自動(dòng)采集、傳輸和處理。：動(dòng)態(tài)響應(yīng)高，便于信號(hào)自動(dòng)采集、傳輸和處理。 可以在強(qiáng)腐蝕性的工作介質(zhì)中使用?？梢栽趶?qiáng)腐蝕性的工作介質(zhì)中使用。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：因須插入流體中進(jìn)行工作，故對(duì)流動(dòng)有干擾，：因須插入流體中進(jìn)行工作，故對(duì)流動(dòng)有干擾， 測量的空間分辨率有待提高。測量的空間分辨率有待提高。 第3頁/共25頁 5

4、1、U形管壓力計(jì)形管壓力計(jì) :, , , 1 則度為 中注入的工作流體密 形管被測壓力為 設(shè)被測流體密度為 UP 第4頁/共25頁 6 110 011 ghghpp ghpghp 改變工作流體的密度改變工作流體的密度 ， 即可放大或縮小壓力計(jì)的即可放大或縮小壓力計(jì)的 讀數(shù)值讀數(shù)值 h 。 第5頁/共25頁 7 2、單管壓力計(jì)、單管壓力計(jì) 在使用在使用U形壓力計(jì)時(shí)，形壓力計(jì)時(shí)， 必須同時(shí)讀取二臂液面必須同時(shí)讀取二臂液面 高度，再計(jì)算壓力值，高度，再計(jì)算壓力值， 讀數(shù)和計(jì)算都很麻煩，讀數(shù)和計(jì)算都很麻煩， 不直接。如將不直接。如將U形管的形管的 一臂做成面積很大的容一臂做成面積很大的容 器，使其工作

5、過程中液器，使其工作過程中液 面上、下的變化可以忽面上、下的變化可以忽 略不計(jì)，此時(shí)只要讀取略不計(jì)，此時(shí)只要讀取 一個(gè)讀數(shù)，即可得到測一個(gè)讀數(shù)，即可得到測 點(diǎn)的壓力，使用方便，點(diǎn)的壓力，使用方便， 這就是這就是單管壓力計(jì)單管壓力計(jì)。 第6頁/共25頁 8 3、傾斜式壓力計(jì)、傾斜式壓力計(jì) 用于測量微小壓力值，可減少讀數(shù)的相對(duì)誤差用于測量微小壓力值，可減少讀數(shù)的相對(duì)誤差 。 sin 0 0 glp ghpp 第7頁/共25頁 9 流速是描述運(yùn)動(dòng)的基本參數(shù)之一，流速測量的流速是描述運(yùn)動(dòng)的基本參數(shù)之一，流速測量的 方法很多，在這介紹用的較多的方法很多，在這介紹用的較多的皮托管、熱線（膜皮托管、熱線（膜

6、 ）風(fēng)速儀和激光多普勒流速儀。）風(fēng)速儀和激光多普勒流速儀。 1 1 2 11 2 2 1 pp vvpp 托管。，這種組合探針稱為皮即可以得到該點(diǎn)的速度 第8頁/共25頁 10 是皮托管的標(biāo)定系數(shù)。式中 正：對(duì)上述理論公式進(jìn)行修 必須，流體也是有粘性的，不可避免對(duì)流場有干擾 可能在同一位置，探頭總壓測孔和靜壓測孔不 2 v 1 1 pp 皮托管結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價(jià)格低廉，被廣泛應(yīng)用。皮托管結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價(jià)格低廉，被廣泛應(yīng)用。 第9頁/共25頁 11 第10頁/共25頁 12 二、熱線（膜）風(fēng)速計(jì)二、熱線（膜）風(fēng)速計(jì) 熱線（膜）風(fēng)速計(jì)是利用高溫物體在流體中散熱熱線（膜）風(fēng)速計(jì)是利用高溫物

7、體在流體中散熱 速度與流體的流速有關(guān)這一物理現(xiàn)象來測量流體的速速度與流體的流速有關(guān)這一物理現(xiàn)象來測量流體的速 度。流體的流動(dòng)速度越快，高溫物體散熱越快，反之度。流體的流動(dòng)速度越快，高溫物體散熱越快，反之 則越慢。則越慢。 （1）恒流式熱線風(fēng)速計(jì)）恒流式熱線風(fēng)速計(jì)-保持電流恒定，測量金保持電流恒定，測量金 屬絲溫度的變化。屬絲溫度的變化。 （2）恒溫式熱線風(fēng)速計(jì)）恒溫式熱線風(fēng)速計(jì)-保持金屬絲溫度恒定，保持金屬絲溫度恒定， 測量電流的變化。測量電流的變化。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)態(tài)響應(yīng)高，空間分辨率高，測量精度較高。：動(dòng)態(tài)響應(yīng)高，空間分辨率高，測量精度較高。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：對(duì)流場有干擾，熱線極為脆弱，性能穩(wěn)定性

8、：對(duì)流場有干擾，熱線極為脆弱，性能穩(wěn)定性 不好，探頭需經(jīng)常校正。不好，探頭需經(jīng)常校正。 第11頁/共25頁 13 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：非接觸式測量技術(shù)，無插入流場的探頭，對(duì)流場非接觸式測量技術(shù)，無插入流場的探頭，對(duì)流場 沒有干擾，動(dòng)態(tài)響應(yīng)高，空間分辨率高，測量流速范圍沒有干擾，動(dòng)態(tài)響應(yīng)高，空間分辨率高，測量流速范圍 大，從幾大，從幾mm/s到到1000m/s，而且是絕對(duì)測量，無需校準(zhǔn)而且是絕對(duì)測量，無需校準(zhǔn) ，其精度取決于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。，其精度取決于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：只能測量透明的流體，必須開設(shè)讓激光透入的窗只能測量透明的流體，必須開設(shè)讓激光透入的窗 口，測量的是懸浮粒子的速度，故懸浮粒子必

9、須有很好口，測量的是懸浮粒子的速度，故懸浮粒子必須有很好 的跟隨性，數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)價(jià)格高。的跟隨性，數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)價(jià)格高。 波源波源O發(fā)出頻率為發(fā)出頻率為FO的波，由接受器的波，由接受器S接收，接收到接收，接收到 的波動(dòng)頻率為的波動(dòng)頻率為FS，當(dāng)波源和接收器有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)波源和接收器有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)， FS不不 等于等于FO ，其差值，其差值FD與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度有關(guān)，這就是多普與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度有關(guān)，這就是多普 勒效應(yīng)。利用多普勒效應(yīng)做成的測速計(jì)稱為多普勒測速計(jì)勒效應(yīng)。利用多普勒效應(yīng)做成的測速計(jì)稱為多普勒測速計(jì) 。用激光作波源的多普勒測速計(jì)稱為。用激光作波源的多普勒測速計(jì)稱為激光多普勒測速

10、計(jì)激光多普勒測速計(jì)。 第12頁/共25頁 14 t V q t m q qqV mt Vm Vm ; , 分別為：或其體積流量則其質(zhì)量流量其總體積 或者量出內(nèi)，測出總質(zhì)量間隔在一定的時(shí)間 流量的測量方法很多，這兒只介紹幾種常見的。流量的測量方法很多，這兒只介紹幾種常見的。 這是最直接，也是最準(zhǔn)確的方法。但這種方法不能這是最直接，也是最準(zhǔn)確的方法。但這種方法不能 實(shí)時(shí)測量，主要用來測量小流量和對(duì)其它流量計(jì)進(jìn)行靜實(shí)時(shí)測量，主要用來測量小流量和對(duì)其它流量計(jì)進(jìn)行靜 態(tài)標(biāo)定。態(tài)標(biāo)定。 第13頁/共25頁 15 系為：可得各流動(dòng)參數(shù)間的關(guān) 列伯努力方程，之間和在總流的任意兩個(gè)斷面, 2 1 ),(: 22

11、 2 22 2 2 11 1 V qFh h g v g p z g v g p z 其中 2 2 1 1 ; v A q v A q VV 由連續(xù)方程由連續(xù)方程: ),( 2 1 2 1 2 2 2 2 2 1 1 1 qF A q gg p z A q gg p z vv 第14頁/共25頁 16 當(dāng)流體介質(zhì)和流道的幾何結(jié)構(gòu)確定以后，則相當(dāng)流體介質(zhì)和流道的幾何結(jié)構(gòu)確定以后，則相 應(yīng)的粘度和過水?dāng)嗝娴拿娣e應(yīng)的粘度和過水?dāng)嗝娴拿娣eA1和和A2為已知，故上式為已知，故上式 可改寫為：可改寫為： 的幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)。 質(zhì)的粘性和流道為流量系數(shù)，與工作介其中 從而有： : 21 21 2 21 21 K

12、 zz g pp Kq K q zz g pp V V 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：將流量的測量轉(zhuǎn)化為較易實(shí)現(xiàn)的壓力的測量將流量的測量轉(zhuǎn)化為較易實(shí)現(xiàn)的壓力的測量 。 第15頁/共25頁 17 根據(jù)上述原理，在流道中加入過流斷面幾何尺寸根據(jù)上述原理，在流道中加入過流斷面幾何尺寸 變化的元件，如收縮段、孔板、噴嘴等，在相應(yīng)部位變化的元件，如收縮段、孔板、噴嘴等，在相應(yīng)部位 測出其壓強(qiáng)的變化，即可間接測量出流量。加入的這測出其壓強(qiáng)的變化，即可間接測量出流量。加入的這 類元件稱為類元件稱為節(jié)流元件節(jié)流元件，按這一原理做成的流量計(jì)統(tǒng)稱，按這一原理做成的流量計(jì)統(tǒng)稱 為為節(jié)流式流量計(jì)節(jié)流式流量計(jì)。 第16頁/共25頁 18

13、 殼體 轉(zhuǎn)子 從原理上說，轉(zhuǎn)子流量計(jì)仍屬于節(jié)流式流量計(jì)從原理上說，轉(zhuǎn)子流量計(jì)仍屬于節(jié)流式流量計(jì)。 由垂直安放的錐形玻璃管中由垂直安放的錐形玻璃管中 放置一錐形轉(zhuǎn)子構(gòu)成，當(dāng)流體從放置一錐形轉(zhuǎn)子構(gòu)成，當(dāng)流體從 底部進(jìn)入流量計(jì)，轉(zhuǎn)子上升，轉(zhuǎn)底部進(jìn)入流量計(jì)，轉(zhuǎn)子上升，轉(zhuǎn) 子和玻璃管間的節(jié)流流道面積增子和玻璃管間的節(jié)流流道面積增 加，節(jié)流力度減小，轉(zhuǎn)子上、下加，節(jié)流力度減小，轉(zhuǎn)子上、下 游壓力差減小。至某一高度，由游壓力差減小。至某一高度，由 于節(jié)流效應(yīng)引起的作用在轉(zhuǎn)子上于節(jié)流效應(yīng)引起的作用在轉(zhuǎn)子上 、下底的壓力差和轉(zhuǎn)子的重量平、下底的壓力差和轉(zhuǎn)子的重量平 衡，轉(zhuǎn)子懸停在該位置不動(dòng)，由衡，轉(zhuǎn)子懸停在該位

14、置不動(dòng)，由 轉(zhuǎn)子懸停的位置即可測出通過流轉(zhuǎn)子懸停的位置即可測出通過流 量計(jì)的流量。量計(jì)的流量。 第17頁/共25頁 19 2、渦輪流量計(jì)、渦輪流量計(jì) 渦輪流量計(jì)由殼體、葉輪、前后導(dǎo)渦輪流量計(jì)由殼體、葉輪、前后導(dǎo) 架及磁電感應(yīng)器組成見架及磁電感應(yīng)器組成見P54（圖圖5-18）。）。 第18頁/共25頁 20 一、在流體中加入可見物的示蹤方法；一、在流體中加入可見物的示蹤方法； 二、利用流體在流動(dòng)過程中，由于流動(dòng)參數(shù)的改變引二、利用流體在流動(dòng)過程中，由于流動(dòng)參數(shù)的改變引 起的流體物理性質(zhì)變化，例如密度、溫度等的變化，再起的流體物理性質(zhì)變化，例如密度、溫度等的變化，再 用光學(xué)或其他手段顯示出來，如紋

15、影儀、紅外成像儀等用光學(xué)或其他手段顯示出來，如紋影儀、紅外成像儀等 。 第19頁/共25頁 21 2、示蹤粒子法、示蹤粒子法 向流體中注入粒子，觀察粒子的運(yùn)動(dòng)來向流體中注入粒子，觀察粒子的運(yùn)動(dòng)來 獲得流動(dòng)的信息。要求注入粒子的可見度高獲得流動(dòng)的信息。要求注入粒子的可見度高 ，同時(shí)對(duì)流動(dòng)的跟隨性好。常用的示蹤粒子，同時(shí)對(duì)流動(dòng)的跟隨性好。常用的示蹤粒子 有鋁粉、鎂粉等。有鋁粉、鎂粉等。 第20頁/共25頁 22 4、煙風(fēng)洞：、煙風(fēng)洞： 是向氣流中引入煙來顯示流動(dòng)的技術(shù)是向氣流中引入煙來顯示流動(dòng)的技術(shù)。 煙并不限于燃燒產(chǎn)物，也包括在空氣中可看見的水蒸汽煙并不限于燃燒產(chǎn)物，也包括在空氣中可看見的水蒸汽 、霧等，要求它們具有顆粒小、無毒、抗混合穩(wěn)定性好、霧等，要求它們具有顆粒小、無毒、抗混合穩(wěn)定性好 ，可見度高等性能。，可見度高等性能。 第21頁/共25頁 23 物理量物理量單位單位 因次因次 面積面積Am2L2 體積體積Vm3L3 速度速度vm/sLT-1 加速度加速度am/s2LT-2 角速度角速度rad/sT-1 第22頁/共25頁 24 物理量物理量單位單位因次因次 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速rpmT-1 重量、力重量、力FNMLT-2 重度重度N/m3M