現代流動測試技術大作業(yè)(共17頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上現代流動測試技術大作業(yè)姓名：學號：班級：電話：時間：2016 第一次作業(yè)1）孔板流量計測量的基本原理是什么？對于液體、氣體和蒸汽流動，如何布置測點？基本原理：充滿管道的流體流經管道的節(jié)流裝置時，在節(jié)流件附近造成局部收縮，流速增加，在上下游兩側產生靜壓差。在已知有關參數的條件下，根據流動連續(xù)性原理和伯努利方程可以推導出差壓與流量之間的關系而求得流量。公式如下：其中：C流出系數無量綱d工作條件下節(jié)流件的節(jié)流孔或喉部直徑D工作條件下上游管道內徑qv體積流量m3/s直徑比d/D 無量綱流體的密度Kg/m3測量液體時，測點應布置在中下部，應為液體未必充滿全管，因此不可以布置的太

2、靠上。測量氣體時，測點應布置在管道的中上部，以防止氣體中密度較大的顆?；蛘唠s質對測量產生干擾。測量水蒸氣時，測點應該布置在中下部。2）簡述紅外測溫儀的使用方法、應用領域、優(yōu)缺點和技術發(fā)展趨勢。使用方法：紅外測溫儀只能測量表面溫度，無法測量內部溫度；安裝地點盡量避免有強磁場的地方；現場環(huán)境溫度高時，一定要加保護套，并保證水源的供應；現場灰塵、水汽較大時，應有潔凈的氣源進行吹掃，保證鏡頭的潔凈；紅外探頭前不應有障礙物，注意環(huán)境條件：蒸汽、塵土、煙霧等，它阻擋儀器的光學系統(tǒng)而影響精確測溫；信號傳輸線一定要用屏蔽電纜。應用領域：首先，在危險性大、無法接觸的環(huán)境和場合下，紅外測溫儀可以作為首選，比如：1

3、）食品領域：燒面管理及貯存溫度2）電氣領域：檢查有故障的變壓器，電氣面板和接頭3）汽車工業(yè)領域：診斷氣缸和加熱/冷卻系統(tǒng)4）HVAC領域：監(jiān)視空氣分層，供/回記錄，爐體性能。5）其他領域：許多工程，基地和改造應用等領域均有使用。優(yōu)點：可測運動、旋轉的物體；直接測量物料的溫度；可透過測量窗口進行測量；遠距離測量；維護量小。缺點：對測量周圍的環(huán)境要求較高，避免強磁場，探頭前不應有障礙物，信號傳輸線要用屏蔽電纜，當環(huán)境很惡劣時紅外探頭應進行保護。發(fā)展趨勢：紅外熱像儀，可對有熱變化表面進行掃描測溫，確定其溫度分布圖像，迅速檢測出隱藏的溫差。便攜化，小型化也是其發(fā)展趨勢。3）簡述LDV和熱線的測速原理及

4、使用方法。LDV（激光多普勒測速儀）測速原理：測量通過激光束的示蹤粒子的多普勒信號，再根據與多普勒頻率的關系得到粒子速度，粒子的速度也就是流體流動的速度。使用方法: 注意選擇合適的兩束激光束的夾角。當夾角增大時，對散射光功率分布來說，會使信噪比降；光學系統(tǒng)必須細致調整。熱線測速原理：將一根細的金屬絲放在流體中，通過電流加熱金屬絲，使其溫度高于流體的溫度，故將金屬絲稱為“熱線”。當流體沿著垂直方向流過金屬絲時，將帶走金屬絲的部分熱量，是其溫度下降。熱線在氣流中的散熱量與流速有關，散熱量導致熱線溫度變化而引起電阻變化，流速信號即轉變?yōu)殡娦盘?。使用方? 熱線有兩種工作模式：1恒流式。通過熱線的電流

5、保持不變，溫度變化時，熱線電阻改變，因而兩端電壓變化，由此測量流速。2恒溫式。熱線的溫度保持不變，如保持150，根據所需施加的電流可度量流速。恒溫式比恒流式應用更廣泛。由于熱線測量本身屬于間接測量，影響測量準確性的因素很多，單靠物理規(guī)律和測量原理是不夠的，所以在使用中必須校準。4）簡述動態(tài)壓力傳感器的標定方法和管腔效應，以及如何消除傳壓管和管腔效應對動態(tài)壓力測量造成的影響。動態(tài)壓力傳感器的標定方法如下：1）標定步驟：將已知的標準值輸入到待標定的傳感器中，傳感器得到相應的輸出量。將輸出量與輸入的標準量繪制成曲線，即標定曲線。2）標定方法：荷重、應力、壓力傳感器等的靜標定方法是利用壓力試驗機進行標

6、定，它們更精確的標定則是在壓力試驗機上用專門的荷載標定器標定。位移傳感器的標定則是采用標準量塊或位移標定器。3）標定要求：標定應該在與其使用條件相似的狀態(tài)下進行；增加重復標定的次數，以提高測試精度；傳感器需定期標定，一般以一年為期；對重要的試驗，要求試驗前后的標定誤差，在允許的范圍內。消除傳壓管和管腔效應對動態(tài)壓力測量造成的影響的方法:可采用半無限管技術消除管腔效應的影響。使壓力波經過一段相當長的距離后在管腔中無反射地傳播，由于介質阻尼作用而最終消失，管腔內不會形成駐波，即不會形成壓力共振現象，改善了管腔的頻率特性。5）設計一套方案測量高亞音速或跨音速高溫風洞的基本參數，包括壓力、溫度、流量、

7、速度和湍流度等參數。風洞工作雷諾數為105 量級，最高溫度為400。測量方法應包括儀表布置和儀表型號、精度。壓力測量：選用YTF-150H耐高溫壓力計，量程：0.1-160MPa，精度1%。流量選用：普通流量計使用溫度較低，不能滿足測量要求，因此選用超聲波流量計如：TUF-2000H型手持式超聲波流量計，精度大于±1%，管徑15mm6000mm。溫度測量：風洞中的最高溫度為400，則可以選用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量風洞中的溫度，如：TC-117K型高精度鎳鉻-鎳硅K型熱電偶，測溫范圍 -200-1372，精度：±(0.05%測量值+0.3)。流量測量：由于流體最高溫度為400，

8、所以必須選用耐高溫流量計，針對本次測量可以選用畢托巴BTB-M系列高溫高壓高流速或者超高溫超高壓的蒸汽流量計。采用完整的金屬腔結構，確保強度和剛性，以至于在高速氣流的沖刷下不會發(fā)生機構損壞。使傳感器在測量過程中取壓更加穩(wěn)定、精確。 配套使用溫度、壓力傳感器對被測介質進行溫、壓補償，以確保測量精度。它采用耐高溫、耐沖腐的1Cr18Ni9Ti材料制造，最高測量溫度可達650；測量壓力可達32Mpa。測量范圍廣：氣體流速大于1m/s，液體流速大于0.1m/s均可精確測量。速度、湍流度測量：為了測量湍流度，需要知道脈動速度，則可以選用熱線風速儀或者多普勒測速儀，但是一般的熱線風速儀不能滿足溫度和流速要

9、求，因此選用激光多普勒測速儀。如激光多普勒測速儀：產品編號：1718-6，產品名稱：激光多普勒測速儀，產品型號：LDV，產品銘牌：美國TSI，測速范圍：150m/s-1000m/s， 精度：0.1%，適用于氣、液或多相流的三維測量，采樣頻率：400MHZ800MHZ，測量量包括：平均速度、均方根、剪應力系數、湍流度以及各個統(tǒng)計參數關聯(lián)分布，提供各參數的自相關、互相關、功率譜分析，最終數據文件可供Tecplot、Matlab調用，可以升級到相位多普勒測速儀，同時測量粒徑和速度矢量，該型測速儀可以直接測得平均速度和湍流度，完全滿足要求。儀器布置：對于溫度，壓力測量，需要在風洞側壁上打孔，將熱電偶和

10、壓力計伸入流場進行測量，測點位置視測試要求而定?？梢栽陲L洞一周布置多個熱電偶和溫度計，將測得的平均值作為測量結果。流量測量采用超聲波流量計，在風洞進口管道處進行測量。在需要測量速度和湍流度的位置布置可視化窗口，用激光多普勒測速儀測量流速的平均值以及湍流度。第二次作業(yè)隨機過程實測動態(tài)信號的分析方法訓練 以汽輪機調節(jié)閥內不穩(wěn)定流動?；囼灩r條件下的氣流動態(tài)壓力及其誘發(fā)閥桿振動與噪聲實測結果為例，進行隨機信號分析方法的訓練。并結合流體力學相關知識和信號處理與分析方法，判斷實測信號的平穩(wěn)性、周期性，重點進行隨機信號的功率譜估計，通過實測信號的時域統(tǒng)計分析和頻譜分析，綜合判斷流動過程的特征，并依據調節(jié)

11、閥閥座關鍵測點的壓力平均值和脈動值分布的規(guī)律，解釋該流動特征，同時說明動態(tài)脈動壓力信號波形、閥桿振動波形和噪聲波形間的相關性或耦合從屬關系。解題過程1、 動壓1.實測信號的平穩(wěn)性、周期性分析、繪制信號的頻譜圖，并進行功率譜估計分析：各信號的數字特征：動壓41：最大值=2.3209；最小值=2.3025；均值=2.3122；均方值=5.3462；方差=6.0528e-06動壓42：最大值=2.3279；最小值=2.3126；均值=2.3205；均方值=5.3848；方差=4.9065e-06動壓51：最大值=1.0299；最小值=1.0103；均值=1.0208；均方值=1.0420；方差= 5

12、.0006e-06動壓52：最大值=1.0330；最小值=1.0167；均值=1.0249；均方值=1.0504；方差=3.7459e-06動壓61：最大值=2.5105；最小值=2.4790；均值=2.4988；均方值=6.2438；方差=1.3104e-05動壓62：最大值=2.5142；最小值=2.4941；均值=2.5034；均方值=6.2672；方差=1.0947e-05周期性判斷：當自相關函數在很大時并不衰減，則隨機信號具有周期性。相反，不包含周期成分的隨機信號，當 稍大時自相關函數就將趨近于零。從以上六幅圖可以看出，動壓脈動信號有較好的自相關性，自相關性特別明顯，所以可認為動壓脈

13、動信號為周期信號。平穩(wěn)性判斷：從六個信號的時域波形圖中可以看出，信號均在平均值附近波動，信號波形的峰值峰谷變化比較均勻，所以認為動壓脈動信號為平穩(wěn)周期性信號。功率譜估計：從各個動壓的功率譜估計圖中易看出動壓能量較大的頻率均是低頻，且峰值在100Hz之內。2.提取相關頻段，尋找峰值對原始信號進行相關頻段的提取，并過濾掉其他頻段的信號。濾波后的功率譜估計結果如下圖。分析：從濾波后的功率譜估計中可以看出，動壓脈動信號的能量主要集中在頻率為050Hz的范圍內。至此，動壓信號的功率譜分析完畢。2、 噪聲1.實測信號的平穩(wěn)性、周期性分析、繪制信號的頻譜圖，并進行功率譜估計分析：各信號的數字特征：噪聲11：

14、最大值=0.1069；最小值=3.4343e-06；均值=0.0013；均方值=1.8799e-05；方差=1.6988e-05噪聲12：最大值=0.0727；最小值=2.3621e-07；均值=7.5126e-04；均方值=7.2594e-06；方差=6.6951e-06噪聲21：最大值=0.0790；最小值=7.2308e-07；均值=8.6404e-04；均方值=7.4816e-06；方差= 6.7350e-06噪聲22：最大值=0.0775；最小值=2.4394e-07；均值=5.3733e-04；均方值=4.1106e-06；方差=3.8219e-06周期性判斷：當自相關函數在很大時

15、并不衰減，則隨機信號具有周期性。相反，不包含周期成分的隨機信號，當 稍大時自相關函數就將趨近于零。從以上四幅圖可以看出，噪聲脈動信號有自相關性差，所以可認為噪聲脈動信號為非周期信號。平穩(wěn)性判斷：從四個信號的時域波形圖中可以看出，信號波動較大，信號波形的峰值峰谷變化劇烈，所以認為噪聲脈動信號為非平穩(wěn)信號。功率譜估計：從各個噪聲的功率譜估計圖中易看出動壓能量較大的頻率均是低頻，且峰值在500Hz之內。2.提取相關頻段，尋找峰值對原始信號進行相關頻段的提取，并過濾掉其他頻段的信號。濾波后的功率譜估計結果如下圖。分析：從濾波后的功率譜估計中可以看出，噪聲脈動信號的能量主要集中在頻率為0300Hz的范圍

16、內。至此，噪聲信號的功率譜分析完畢。3、 振動1.實測信號的平穩(wěn)性、周期性分析、繪制信號的頻譜圖，并進行功率譜估計分析：各信號的數字特征：垂直來流：最大值=25.5917；最小值=-25.1583；均值=-0.0421；均方值=26.7921；方差=26.790330度來流：最大值=29.2333；最小值=-33.5833；均值=-0.0461；均方值=51.3849；方差=51.382850度來流：最大值=29.1250；最小值=-32.0583；均值=-0.0514；均方值=50.4873；方差= 50.4847軸向來流：最大值=19.4417；最小值=-17.9917；均值=-0.028

17、2；均方值=17.4636；方差=17.4628周期性判斷：當自相關函數在很大時并不衰減，則隨機信號具有周期性。相反，不包含周期成分的隨機信號，當 稍大時自相關函數就將趨近于零。從以上六幅圖可以看出，振動脈動信號有較好的自相關性，自相關性特別明顯，所以可認為振動脈動信號為周期信號。平穩(wěn)性判斷：從四個信號的時域波形圖中可以看出，信號均在平均值附近波動，信號波形的峰值峰谷變化比較均勻，所以認為振動脈動信號為平穩(wěn)周期性信號。功率譜估計：從各個振動的功率譜估計圖中易看出垂直來流、30度、50度來流振動能量較大的頻率在400-15000Hz之間，而軸向來流振動能量較大的頻率在300-500Hz之間。2.

18、提取相關頻段，尋找峰值對原始信號進行相關頻段的提取，并過濾掉其他頻段的信號。濾波后的功率譜估計結果如下圖。分析：從濾波后的功率譜估計中可以看出，振動脈動信號的能量主要集中在頻率為400Hz左右。至此，振動信號的功率譜分析完畢。第三次作業(yè)研究題目（任選一）：1）圓柱繞流2）自由剪切流3）圓孔自由射流4）根據自己的研究課題或研究興趣自選一題目 如果對上述題目不了解，可以在網上搜索或查閱相關文獻。研究目標： 任選一個研究題目，設計一套試驗與測量方案，能用來研究氣（液）流的瞬態(tài)流場、脈動主頻率與雷諾數和斯托羅哈數或其它無量綱數的關系?；疽螅?）報告應提供試驗系統(tǒng)和裝置簡圖、試驗方案、測量方法和測量

19、儀器儀表的性能指標或型號；2）報告應提供預期的測量精度；3）報告應簡明扼要。離心風機葉輪內部非定常流動的PIV測量一試驗系統(tǒng)設計整個實驗系統(tǒng)由風機系統(tǒng)、PIV 測速系統(tǒng)、示蹤粒子系統(tǒng)和電控系統(tǒng)組成。風機系統(tǒng)作為研究對象；PIV 測速系統(tǒng)完成流場的拍攝、圖片處理和結果分析等功能，CCD相機和激光光源協(xié)同拍攝出流場照片，通過數據線路傳到裝有結果分析處理軟件的主機處理器，處理后得到原始矢量圖；粒子發(fā)生器通過壓縮機把硅油示蹤粒子霧化進入進氣管，和空氣混合由進氣門進入葉輪內部；電控系統(tǒng)接收指令觸發(fā)PIV系統(tǒng)，拍攝葉輪內流動粒子圖像。二、裝置簡圖離心風機實驗裝置圖三實驗方案作者分別設計和制作了帶圓弧形和直

20、線形葉片擴壓器的離心風機試驗臺,主要用于進行離心葉輪內部氣流流動及擴壓器、蝸殼等固定元件內氣流流動特性的研究。整個試驗測量裝置如圖1所示,由離心葉輪及靜子元件、穩(wěn)流段、直流電動機、可控硅整流柜四部分組成。試驗用離心葉輪為閉式、后彎式單圓弧葉輪,用5mm厚的有機玻璃制定。為了能夠使CCD照相機清楚地拍攝到葉道內的氣流流動,在輪蓋的一個葉道透明材料加工上安裝了光學玻璃窗口。葉輪轉速在03000r/min范圍內無級可調。葉輪的幾何尺寸參數如表1所示。類型外徑（mm）內徑（mm）進口安裝角（°）出口寬度（mm）葉片數單圓弧形 400260263014表1 離心葉輪的幾何尺寸氣流從葉輪出來后進

21、入無葉擴壓器,再進入截面為矩形的蝸殼。在測量過程中,激光片光源分別通過蝸殼頂部的光學窗口進入葉片擴壓器和葉輪流道內部,照亮示蹤粒子。蝸殼前表面開有矩形窗口,窗口的大小剛好與所測葉輪的流道和擴壓器流道大小一致。蝸殼出口與穩(wěn)流段進口由一等截面的大小頭聯(lián)接,穩(wěn)流段橫截面尺寸為230mm×320mm,長度為2000mm。段內按照TB1236-1985通風機空氣動力性能試驗方法的要求布置,有整流柵、節(jié)流網、壓力測量探針、靜壓孔等,其分布位置如圖2所示。葉輪轉子由一臺功率為5kW的直流電機帶動,可控硅整流柜的作用是把交流電轉換為直流電提供給直流電動機,并通過調節(jié)電流來改變葉輪的轉速。激光片光源以

22、葉輪輪蓋側為基準平面,沿葉輪葉片出口軸向寬度分別以Z=15mm距離為測量平面。四、測量方法及測量儀器試驗所用PIV激光器為脈沖式雙Nd:Yag激光器,光源為脈沖式Nd:YAG激光器,工作頻率為10Hz,可見光波長為532nm,每個脈沖能量為200mJ,脈沖寬度為9ns。PIV系統(tǒng)中采用的激光器是將兩臺Nd:Yag激光器及光路調整系統(tǒng)封裝成一體的激光器,采用內循環(huán)冷卻系統(tǒng)。由外同步裝置來分別觸發(fā)兩激光器;所產生的兩束激光脈沖,通過其內部的光路系統(tǒng)合并到一處。兩臺Nd:Yag激光器脈沖間隔的節(jié)可調整范圍很大,從200ns到100ms,可以滿足從低速到高速流動的測量需要。試驗中所使用的是Nikon-

23、80s式互相關CCD攝象機,CCD采集速率為30幀/秒,每兩幀圖像之間的最小時間間隔約為015s。受激光器的工作頻率(10Hz)的限制,系統(tǒng)的最大圖像采集率為20幀/秒。由于互相關需要兩幀圖像來進行圖像分析,這樣系統(tǒng)最大采樣率為10個速度場/秒。試驗中采用同步器使激光器系統(tǒng)與CCD相匹配。在同步器上可以設置激光的工作方式(雙脈沖式)、CCD的工作方式、脈沖的延遲時間和雙脈沖的時間間隔等。系統(tǒng)工作時,CCD的幀同步信號是主同步信號,同步器通過捕捉CCD的脈沖信號,然后根據所設定的脈沖延遲時間和間隔時間來控制激光器發(fā)光。試驗中采用一個由球在鏡和柱面鏡組成的光學組件,將激光變?yōu)樗璧钠?并通過光臂引導蝸殼的頂部窗口,照亮CCD的采集區(qū)域。片光源的厚度小于1.0mm。在試驗中要仔細調整。PIV系統(tǒng)的控制和分析軟件為TSI公司隨PIV配套的InsightNT數據采集及處理軟件,其工作平臺為WindowsNT。該軟件具備連續(xù)捕獲100