第06章流速測量1

1、第第6 6章章 流速測量流速測量測壓管與測速技術(shù)測壓管與測速技術(shù)熱線熱膜風(fēng)速儀熱線熱膜風(fēng)速儀激光多普勒測速技術(shù)激光多普勒測速技術(shù)粒子圖像測速技術(shù)粒子圖像測速技術(shù)6.0 6.0 概述概述n氣流速度是熱力機(jī)械中的重要參數(shù)之一。氣流速度是熱力機(jī)械中的重要參數(shù)之一。n速度：矢量，具有大小和方向。速度：矢量，具有大小和方向。n測量氣流速度的方法很多，但在熱能動力領(lǐng)域，測量氣流速度的方法很多，但在熱能動力領(lǐng)域，目前最常用的是目前最常用的是空氣動力測壓法空氣動力測壓法，典型儀器是測，典型儀器是測壓管。壓管。n測壓管可分為總壓管、靜壓管、動壓管、方向管測壓管可分為總壓管、靜壓管、動壓管、方向管和復(fù)合管。和復(fù)合

2、管。n伯努利方程是最基本的方程。伯努利方程是最基本的方程。伯努利方程伯努利方程n伯努利方程對同一條流線有效，只有在進(jìn)口均勻伯努利方程對同一條流線有效，只有在進(jìn)口均勻的流場中才適用于整個流場。的流場中才適用于整個流場。n可壓縮氣體等熵流動的伯努利方程：可壓縮氣體等熵流動的伯努利方程：n不可壓縮氣體穩(wěn)定流動的伯努利方程：不可壓縮氣體穩(wěn)定流動的伯努利方程：212pvC212pvC6.1 6.1 測壓管與測速技術(shù)測壓管與測速技術(shù)1.氣流速度測量（一維）氣流速度測量（一維）2.平面氣流測量平面氣流測量3.空間氣流測量空間氣流測量6.1.1 6.1.1 氣流速度測量氣流速度測量n當(dāng)氣體流速較低時，不考慮其

3、可壓縮性當(dāng)氣體流速較低時，不考慮其可壓縮性:2*12pvp*2vppn當(dāng)氣體流速較高時，考慮其可壓縮性當(dāng)氣體流速較高時，考慮其可壓縮性: :2*121pvp*21ppvn式中式中e e 為氣體的為氣體的壓縮性修正系數(shù)壓縮性修正系數(shù)，它表示了氣體，它表示了氣體的壓縮效應(yīng)的影響。的壓縮效應(yīng)的影響。*21ppve1. L1. L型動壓管型動壓管( (皮托管皮托管) )ttspppp2()tsppvststpppp 動壓管總壓動壓管靜壓氣流的總壓氣流的靜壓n考慮氣體的壓縮效應(yīng)，有考慮氣體的壓縮效應(yīng)，有1. L1. L型動壓管型動壓管( (皮托管皮托管) )2()(1)tsppve壓縮性修正系數(shù)壓縮性修

4、正系數(shù)皮托管的結(jié)構(gòu)（皮托管的結(jié)構(gòu)（P164P164）2. T2. T型動壓管型動壓管n總壓：由管口總壓：由管口迎著迎著氣流方向的管子引出氣流方向的管子引出n靜壓：由管口靜壓：由管口背著背著氣流方向的管子引出。氣流方向的管子引出。n優(yōu)點：優(yōu)點：n結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，n橫截面積?。粰M截面積??；n缺點缺點n不敏感偏流角小，不敏感偏流角小，n軸向尺寸大，軸向尺寸大，n不適于在軸向上速度變不適于在軸向上速度變化較大的場合應(yīng)用?；^大的場合應(yīng)用。3. 3. 笛型動壓管笛型動壓管n結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：1.按一定規(guī)律開孔的笛形管垂直安裝在流道內(nèi)，小孔迎著氣按一定規(guī)律開孔的笛形管垂直安裝在流道內(nèi)，小

5、孔迎著氣流方向，得到氣流的平均總壓。流方向，得到氣流的平均總壓。2.靜壓孔開在流道壁面上，與笛形管一起組成了笛形動壓管。靜壓孔開在流道壁面上，與笛形管一起組成了笛形動壓管。n在保證剛度的前提下，笛形管的直徑在保證剛度的前提下，笛形管的直徑d盡量小，常取盡量小，常取d/D=0.040.09。n總壓孔的總面積一般不超過笛形管內(nèi)截面的總壓孔的總面積一般不超過笛形管內(nèi)截面的30。n主要用于測量主要用于測量大尺寸流道內(nèi)的平大尺寸流道內(nèi)的平均動壓均動壓，可得到平均流速。，可得到平均流速。6.1.2 6.1.2 平面氣流測量平面氣流測量n平面氣流的測量包括平面氣流的測量包括氣流方向氣流方向和和氣流速率氣流速

6、率測量。測量。n依據(jù)：不可壓縮理想流體對某些規(guī)則形狀物體的依據(jù)：不可壓縮理想流體對某些規(guī)則形狀物體的繞流規(guī)律。繞流規(guī)律。n常用測壓管常用測壓管n二元復(fù)合測壓管二元復(fù)合測壓管n方向管方向管n為了準(zhǔn)確測出氣流的方向，要求方向管或復(fù)合管為了準(zhǔn)確測出氣流的方向，要求方向管或復(fù)合管對氣流方向的變化盡量敏感對氣流方向的變化盡量敏感（這正與總壓管、靜（這正與總壓管、靜壓管的要求相反）。壓管的要求相反）。常常見見類類型型1. 1. 圓柱三孔型復(fù)合測壓管圓柱三孔型復(fù)合測壓管n圓柱體上沿徑向圓柱體上沿徑向鉆三個孔鉆三個孔n中間的總壓孔的中間的總壓孔的壓力由圓柱體的壓力由圓柱體的內(nèi)腔引出內(nèi)腔引出n兩側(cè)方向孔的壓兩側(cè)

7、方向孔的壓力由焊接在孔上力由焊接在孔上的針管引出。的針管引出。特點特點n結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，使用方便，應(yīng)用廣泛。結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，使用方便，應(yīng)用廣泛。n兩方向孔對氣流方向的變化越敏感越好。兩方向孔對氣流方向的變化越敏感越好。n理論分析和實驗都表明：理論分析和實驗都表明：中心角為中心角為45時，方向孔對氣流方向的變化最時，方向孔對氣流方向的變化最敏感。所以，二方向孔應(yīng)在垂直于測壓管軸線敏感。所以，二方向孔應(yīng)在垂直于測壓管軸線的平面內(nèi)沿徑向開孔，夾角為的平面內(nèi)沿徑向開孔，夾角為90。n 圓柱三孔復(fù)合測壓管只適于測量平面氣流。圓柱三孔復(fù)合測壓管只適于測量平面氣流。n俯仰角俯仰角：n當(dāng)氣流方向不平行

8、于和測壓管軸線垂直的平面時，氣當(dāng)氣流方向不平行于和測壓管軸線垂直的平面時，氣流方向和平面的夾角；流方向和平面的夾角；n不為零雖然不影響氣流在上述平面內(nèi)方向的測量，但不為零雖然不影響氣流在上述平面內(nèi)方向的測量，但在測量氣流的總壓和靜壓時，會引起較大的誤差。在測量氣流的總壓和靜壓時，會引起較大的誤差。 n每根測壓管一般應(yīng)有每根測壓管一般應(yīng)有方向特性方向特性、總壓特性總壓特性和和速度速度特性特性三條校準(zhǔn)曲線。常見型式的校準(zhǔn)曲線的基本三條校準(zhǔn)曲線。常見型式的校準(zhǔn)曲線的基本原理都相同。原理都相同。2. 2. 三管型復(fù)合測壓管三管型復(fù)合測壓管n三管型測壓管比圓柱三孔管的頭部小，可用于氣流三管型測壓管比圓柱

9、三孔管的頭部小，可用于氣流Ma數(shù)更數(shù)更高、橫向速度梯度更大的場合。高、橫向速度梯度更大的場合。n兩側(cè)方向管的斜角要盡可能相等；斜角可以向外斜，也可兩側(cè)方向管的斜角要盡可能相等；斜角可以向外斜，也可以向內(nèi)斜；在相同條件下外斜的測壓管比內(nèi)斜的靈敏度高。以向內(nèi)斜；在相同條件下外斜的測壓管比內(nèi)斜的靈敏度高。n總壓管可以在兩方向管之間，也可以在它們的上方或下方?？倝汗芸梢栽趦煞较蚬苤g，也可以在它們的上方或下方。n三管型復(fù)合測壓管的特性和校準(zhǔn)曲線與圓柱型三孔復(fù)合測三管型復(fù)合測壓管的特性和校準(zhǔn)曲線與圓柱型三孔復(fù)合測壓管的類似。壓管的類似。n不足：剛性較差；由于方向管斜角的存在，氣流較易產(chǎn)生不足：剛性較差；

10、由于方向管斜角的存在，氣流較易產(chǎn)生脫流，在偏流角較大時示值不易穩(wěn)定。脫流，在偏流角較大時示值不易穩(wěn)定。3. 3. 楔型測壓管楔型測壓管特點：特點：1.與圓柱型三孔復(fù)合測壓管比較，它的總壓孔對與圓柱型三孔復(fù)合測壓管比較，它的總壓孔對氣流偏斜角的敏感性要小些，兩方向孔對位置氣流偏斜角的敏感性要小些，兩方向孔對位置偏差的敏感性也小得多。偏差的敏感性也小得多。2.其表面出現(xiàn)激波時的臨界其表面出現(xiàn)激波時的臨界Ma數(shù)比圓柱三孔型數(shù)比圓柱三孔型和三管型的高。和三管型的高。3.氣流氣流Ma數(shù)越大，其楔角應(yīng)越小。數(shù)越大，其楔角應(yīng)越小。4.楔角減小還有利于減小氣流橫向速度梯度的影楔角減小還有利于減小氣流橫向速度梯

11、度的影響，但卻降低了測壓管的靈敏度。響，但卻降低了測壓管的靈敏度。5.它對俯仰角它對俯仰角的不敏感性也較大。的不敏感性也較大。缺點：缺點：n氣流氣流Ma數(shù)較小的時候，靈敏度較低。數(shù)較小的時候，靈敏度較低。4. 4. 二管型方向管二管型方向管n在只需要測量氣流方向的場合，可用兩根針在只需要測量氣流方向的場合，可用兩根針管制成兩管型方向管。管制成兩管型方向管。n其斜角在其斜角在4560之間，兩管要盡量對稱，之間，兩管要盡量對稱，以斜角向外斜的較常用。以斜角向外斜的較常用。n兩方向孔的距離小，測量結(jié)果受氣流橫向速兩方向孔的距離小，測量結(jié)果受氣流橫向速度梯度的影響也小，但剛性差。度梯度的影響也小，但剛

12、性差。5. 5. 二元復(fù)合測壓管的使用二元復(fù)合測壓管的使用n對向測量對向測量和和不對向測量不對向測量兩種方法。兩種方法。n注意事項：注意事項：n氣流橫向速度梯度氣流橫向速度梯度nMa數(shù)數(shù)n連接管路的泄漏、堵塞連接管路的泄漏、堵塞n角度的正負(fù)號角度的正負(fù)號n壓力的正負(fù)號壓力的正負(fù)號對向測量對向測量n目的：目的：p1= p3。n方法：把測壓管垂直插入被測氣流中，使三孔方法：把測壓管垂直插入被測氣流中，使三孔迎著氣流，三孔所在平面與被測氣流平面一致，迎著氣流，三孔所在平面與被測氣流平面一致，反復(fù)轉(zhuǎn)動測壓管，使記錄方向塊在此位置時測反復(fù)轉(zhuǎn)動測壓管，使記錄方向塊在此位置時測壓管夾具刻度盤的讀數(shù)壓管夾具刻

13、度盤的讀數(shù)。n對向測量的結(jié)果較準(zhǔn)確，但須反復(fù)調(diào)整測壓管，對向測量的結(jié)果較準(zhǔn)確，但須反復(fù)調(diào)整測壓管，較費時間。較費時間。不對向測量不對向測量n 此方法不嚴(yán)格要求此方法不嚴(yán)格要求p1= p3 。n把測壓管垂直插入被測氣流中，三孔迎著氣流，把測壓管垂直插入被測氣流中，三孔迎著氣流，并盡量使氣動軸線方向與氣流方向一致，記錄并盡量使氣動軸線方向與氣流方向一致，記錄三孔的壓力三孔的壓力p1，p2，p3 。據(jù)此查表得到氣流的。據(jù)此查表得到氣流的方向。方向。n節(jié)省測量時間，但是查表容易產(chǎn)生誤差。節(jié)省測量時間，但是查表容易產(chǎn)生誤差。6.1.3 6.1.3 空間氣流測量空間氣流測量n 空間氣流速度的測量和平面氣流

14、速度的測空間氣流速度的測量和平面氣流速度的測量在原理上是一樣的，所用的三元測壓管量在原理上是一樣的，所用的三元測壓管實質(zhì)上相當(dāng)于兩個組合在一起的二元復(fù)合實質(zhì)上相當(dāng)于兩個組合在一起的二元復(fù)合測壓管。常用的三元測壓管結(jié)構(gòu)型式如圖測壓管。常用的三元測壓管結(jié)構(gòu)型式如圖6-9所示。所示。(1)(1)球型五孔測壓管球型五孔測壓管n球型五孔測壓管的球部直徑一般為球型五孔測壓管的球部直徑一般為510mm，測，測量孔的直徑為量孔的直徑為0.51.0mm。中間孔軸線和側(cè)孔軸。中間孔軸線和側(cè)孔軸線的夾角在線的夾角在3050之間，一般為之間，一般為45。支桿。支桿的直徑約的直徑約2.53mm。n實踐表明：支桿和球的相

15、對位置會明顯影響測壓實踐表明：支桿和球的相對位置會明顯影響測壓管的方向特性，支桿越向球的后部偏移，方向特管的方向特性，支桿越向球的后部偏移，方向特性曲線的不對稱性越小。性曲線的不對稱性越小。(2) 五管三元測壓管五管三元測壓管(3) 楔型五孔測壓管楔型五孔測壓管三元測壓管的使用和校準(zhǔn)三元測壓管的使用和校準(zhǔn)n1、2、3孔決定了垂直于支桿軸線的赤道平面；孔決定了垂直于支桿軸線的赤道平面；n4、2、5孔決定了平行于支桿軸線的子午平面?？讻Q定了平行于支桿軸線的子午平面。n氣流方向在赤道平面內(nèi)的傾角為氣流方向在赤道平面內(nèi)的傾角為，在子午平面，在子午平面內(nèi)的偏角為內(nèi)的偏角為。n空間氣流速度的測量就是確定氣

16、流速度在這兩個空間氣流速度的測量就是確定氣流速度在這兩個互相垂直的平面內(nèi)的大小和方向?；ハ啻怪钡钠矫鎯?nèi)的大小和方向。補充：機(jī)械方法測量流速補充：機(jī)械方法測量流速n原理：置于流體中的葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度與原理：置于流體中的葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體的流速成正比。流體的流速成正比。n實例：機(jī)械式風(fēng)速儀實例：機(jī)械式風(fēng)速儀n機(jī)械式風(fēng)速儀可用來測定儀表所在位置的氣流機(jī)械式風(fēng)速儀可用來測定儀表所在位置的氣流速度，也可用于大型管道中氣流的速度場，尤速度，也可用于大型管道中氣流的速度場，尤其適用于相對濕度較大的氣流速度的測定。其適用于相對濕度較大的氣流速度的測定。機(jī)械式風(fēng)速儀機(jī)械式風(fēng)速儀第第6.2節(jié)節(jié) 熱線熱膜風(fēng)速計

17、熱線熱膜風(fēng)速計(HWFA)n測壓管測量氣流速度，滯后較大，不適用于測量測壓管測量氣流速度，滯后較大，不適用于測量不穩(wěn)定流動中的氣流速度。即使在脈動頻率只有不穩(wěn)定流動中的氣流速度。即使在脈動頻率只有幾幾Hz的不穩(wěn)定氣流中測量流速，也不能獲得滿意的不穩(wěn)定氣流中測量流速，也不能獲得滿意的測量結(jié)果。的測量結(jié)果。n熱線風(fēng)速儀的特點：探頭尺寸小，響應(yīng)快，可在熱線風(fēng)速儀的特點：探頭尺寸小，響應(yīng)快，可在測壓管不易安置的地方使用，用于動態(tài)測量。測壓管不易安置的地方使用，用于動態(tài)測量。n熱線風(fēng)速儀由熱線探頭和伺服控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處熱線風(fēng)速儀由熱線探頭和伺服控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。理系統(tǒng)組成。探針探針探針探針 n

18、熱線熱膜風(fēng)速計熱線熱膜風(fēng)速計建立在熱平衡原理基礎(chǔ)上的測建立在熱平衡原理基礎(chǔ)上的測速儀器。速儀器。利用放置在流場中具有加熱電流的細(xì)金屬利用放置在流場中具有加熱電流的細(xì)金屬絲絲(直徑直徑35 m，長度，長度12mm)來測量風(fēng)速。來測量風(fēng)速。n對熱線材料的要求（鉑絲對熱線材料的要求（鉑絲、鎢絲）鎢絲）n電阻溫度系數(shù)高電阻溫度系數(shù)高n機(jī)械強(qiáng)度好機(jī)械強(qiáng)度好n電阻率大電阻率大n熱傳導(dǎo)率小熱傳導(dǎo)率小n最大可用溫度要高最大可用溫度要高一一、熱線熱膜風(fēng)速計、熱線熱膜風(fēng)速計熱線探針和熱膜探針熱線探針和熱膜探針n熱線探針熱線探針n構(gòu)成：將金屬絲的兩端焊接到兩根叉桿上，叉桿的另構(gòu)成：將金屬絲的兩端焊接到兩根叉桿上，叉

19、桿的另一端引出線，外加保護(hù)罩，并且在保護(hù)罩和叉桿之間一端引出線，外加保護(hù)罩，并且在保護(hù)罩和叉桿之間裝以絕緣填料，就構(gòu)成了熱線探針。裝以絕緣填料，就構(gòu)成了熱線探針。n敏感元件：中間部分的金屬細(xì)絲。敏感元件：中間部分的金屬細(xì)絲。n熱膜探針熱膜探針n構(gòu)成：熱膜構(gòu)成：熱膜、襯底、絕緣層和導(dǎo)線。、襯底、絕緣層和導(dǎo)線。n熱膜熱膜：噴濺在襯底上的一層很薄的鉑噴濺在襯底上的一層很薄的鉑金屬金屬膜，用熔焊膜，用熔焊方法將它固定在楔形或圓柱形石英骨架上，其上方法將它固定在楔形或圓柱形石英骨架上，其上施加施加加熱電流。加熱電流。探針探針1 1探針探針2 2熱線探針和熱膜探針的比較熱線探針和熱膜探針的比較n熱線探針的

20、特點熱線探針的特點n熱傳導(dǎo)的影響較?。粺醾鲗?dǎo)的影響較??；n具有較高的空間分辨率；具有較高的空間分辨率；n頻率響應(yīng)高。頻率響應(yīng)高。n熱膜探針的特點：熱膜探針的特點：n頻率響應(yīng)范圍比熱線窄，上限僅為頻率響應(yīng)范圍比熱線窄，上限僅為100 kHz；n工作溫度較低，只比環(huán)境溫度高工作溫度較低，只比環(huán)境溫度高20；n工藝復(fù)雜，制造困難；工藝復(fù)雜，制造困難；n機(jī)械強(qiáng)度比熱線高；機(jī)械強(qiáng)度比熱線高；n受振動的影響小，不存在內(nèi)應(yīng)力的問題；受振動的影響小，不存在內(nèi)應(yīng)力的問題；n阻值可由控制熱膜厚度來調(diào)節(jié)；熱傳導(dǎo)損失較小。阻值可由控制熱膜厚度來調(diào)節(jié)；熱傳導(dǎo)損失較小。連續(xù)流中金屬絲的熱耗散規(guī)律連續(xù)流中金屬絲的熱耗散規(guī)律

21、n問題問題1：熱傳導(dǎo)過程：熱傳導(dǎo)過程 n解決方法：通過合理設(shè)計，使之最小解決方法：通過合理設(shè)計，使之最小n問題問題2：熱輻射過程：熱輻射過程n解決方法：加熱溫差小解決方法：加熱溫差小n問題問題3：自由對流過程：自由對流過程 n解決方法：流速大解決方法：流速大n強(qiáng)迫對流過程強(qiáng)迫對流過程與熱損耗有關(guān)的因素與熱損耗有關(guān)的因素1.介質(zhì)的速度介質(zhì)的速度2.熱線與介質(zhì)之間的溫度差熱線與介質(zhì)之間的溫度差3.介質(zhì)的物理特性介質(zhì)的物理特性 - 導(dǎo)熱、密度、粘度、濃度導(dǎo)熱、密度、粘度、濃度4.金屬絲的物理特性金屬絲的物理特性 - 電阻溫度系數(shù)、熱導(dǎo)率、電阻溫度系數(shù)、熱導(dǎo)率、電阻率電阻率5.熱線的尺寸熱線的尺寸6.

22、介質(zhì)的可壓縮性介質(zhì)的可壓縮性7.流動方向與熱線方向之間的夾角流動方向與熱線方向之間的夾角二、工作原理二、工作原理n通電的熱線探頭在流場中產(chǎn)生熱量損失。通電的熱線探頭在流場中產(chǎn)生熱量損失。n如果流過熱線的電流為如果流過熱線的電流為 I, 熱線的電阻為熱線的電阻為R, 則熱線產(chǎn)生的則熱線產(chǎn)生的熱量是：熱量是：21ssQI R2()()seQTTAB U根據(jù)熱平衡原理，有根據(jù)熱平衡原理，有Q1=Q2, 熱線的能量守衡方程熱線的能量守衡方程2()()ssseI RTTAB Un當(dāng)熱線探頭置于流場中時，流體對熱線有冷卻作用，熱線散當(dāng)熱線探頭置于流場中時，流體對熱線有冷卻作用，熱線散失的熱量為失的熱量為

23、式中式中 e、R0皆為常數(shù)，可見皆為常數(shù)，可見Is 、Rs 、U之間存在確之間存在確定的函數(shù)關(guān)系。定的函數(shù)關(guān)系。01seseRRTT00sseeRRTTR200sessIR RAB URR其中其中將將帶入前式得帶入前式得 1. 當(dāng)當(dāng)Is =常數(shù)，常數(shù)， 恒流靜態(tài)方程，恒流靜態(tài)方程，恒流風(fēng)速計恒流風(fēng)速計2. 當(dāng)當(dāng)Rs =常數(shù)常數(shù), 恒溫靜態(tài)方程，恒溫風(fēng)速計恒溫靜態(tài)方程，恒溫風(fēng)速計020()()sseR AB URIRAB U00()()ssesRRAB UIR R恒溫風(fēng)速計的原理圖恒溫風(fēng)速計的原理圖n恒溫風(fēng)速計的基本原理是利用反饋電路使熱線溫度和電阻恒溫風(fēng)速計的基本原理是利用反饋電路使熱線溫度和

24、電阻保持恒定。保持恒定。n風(fēng)速增加風(fēng)速增加熱線變冷熱線變冷電阻電阻Rs降低降低1點的電壓隨之降點的電壓隨之降低低放大器負(fù)端電壓增加放大器負(fù)端電壓增加 E12增加增加電橋電壓電橋電壓Eb增增加加電流電流Is增大增大加熱敏感元件加熱敏感元件 1點電壓獲得升高點電壓獲得升高 E12減少減少系統(tǒng)恢復(fù)平衡。系統(tǒng)恢復(fù)平衡。n上述過程瞬時發(fā)生，所上述過程瞬時發(fā)生，所以速度的增加就好像是電以速度的增加就好像是電橋輸出電壓的增加，而速橋輸出電壓的增加，而速度的降低也等于是電橋輸度的降低也等于是電橋輸出電壓的降低。出電壓的降低。三、熱線風(fēng)速計的校準(zhǔn)三、熱線風(fēng)速計的校準(zhǔn)n為什么要校準(zhǔn)？為什么要校準(zhǔn)？n探針的性能的影

25、響因素：探針的性能的影響因素：1. 制造工藝、探針尺寸、金屬材料。制造工藝、探針尺寸、金屬材料。2. 流體的溫度、密度。流體的溫度、密度。3. 污染情況、速度范圍等外部條件。污染情況、速度范圍等外部條件。4. 探針真正的響應(yīng)關(guān)系：輸出電壓探針真正的響應(yīng)關(guān)系：輸出電壓E流動速度流動速度U。n對于接近于大氣壓條件下的大多數(shù)實用情形，可以忽對于接近于大氣壓條件下的大多數(shù)實用情形，可以忽略密度變化的影響，校準(zhǔn)表達(dá)式如下：略密度變化的影響，校準(zhǔn)表達(dá)式如下：n式中式中E為風(fēng)速計輸出電壓，為風(fēng)速計輸出電壓，A,B為與熱線尺為與熱線尺寸、流體物理特性和流動條件的常數(shù)，指寸、流體物理特性和流動條件的常數(shù)，指數(shù)數(shù)

26、n在一定的速度范圍內(nèi)恒定，在大范圍內(nèi)在一定的速度范圍內(nèi)恒定，在大范圍內(nèi)隨速度而變。隨速度而變。2nEABU校準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)裝置n熱線探頭的實際特性曲熱線探頭的實際特性曲線必須經(jīng)過風(fēng)洞試驗校線必須經(jīng)過風(fēng)洞試驗校準(zhǔn)；準(zhǔn)；n校準(zhǔn)曲線：校準(zhǔn)曲線：n已知速度已知速度U，對應(yīng)在風(fēng)，對應(yīng)在風(fēng)速計上讀出一個電壓值速計上讀出一個電壓值E來做出來做出E-U曲線。曲線。n產(chǎn)生這種已知速度產(chǎn)生這種已知速度U的的裝置稱之為裝置稱之為校準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)裝置。 n當(dāng)熱線軸線與氣流速度的方向當(dāng)熱線軸線與氣流速度的方向垂直垂直時，氣流對熱線的時，氣流對熱線的冷卻能力最大，即熱線的熱耗最大，若兩者的交角逐冷卻能力最大，即熱線的熱耗最大，若

27、兩者的交角逐漸減小，則熱線的熱耗也逐漸減小。漸減小，則熱線的熱耗也逐漸減小。在無限長線中，如果沿線方向均勻加熱，并且假定在無限長線中，如果沿線方向均勻加熱，并且假定過熱比過熱比不大，那么每單位長度的熱損耗僅僅與垂直不大，那么每單位長度的熱損耗僅僅與垂直速度分量速度分量UcosUcos 有關(guān)。其中有關(guān)。其中 為來流與為來流與x軸之間的夾軸之間的夾角，于是角，于是offsetcosUU22222ffsetycossinoUUK對于一般的有限長線，實際上存在著沿線方向的熱對于一般的有限長線，實際上存在著沿線方向的熱對流轉(zhuǎn)換，于是對流轉(zhuǎn)換，于是n式中式中Ky偏航因子，說明傾斜熱線的熱損失比正常熱偏航因

28、子，說明傾斜熱線的熱損失比正常熱線在同樣法線速度分量值情況下的熱損失大。線在同樣法線速度分量值情況下的熱損失大。n鉑絲的情形，鉑絲的情形，nl/d=200時，時， Ky值約為值約為0.2。nl/d增加時，增加時，Ky值逐漸減小，值逐漸減小，l/d=600， Ky值幾乎為零。值幾乎為零。n對于在三維空間工作的熱線，引進(jìn)坡度因子對于在三維空間工作的熱線，引進(jìn)坡度因子Kz 一般情況一般情況Kz11.2222222zzyyxoffUKUKUU22222sincosyoffKUU四、四、 平均流速的測量平均流速的測量實際使用時，采用公式實際使用時，采用公式 式中式中 ; E0是流體速度為零時熱線電橋的橋

29、頂電壓是流體速度為零時熱線電橋的橋頂電壓B、C、n - 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)用最小二乘法確定的常數(shù)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)用最小二乘法確定的常數(shù)vR - 當(dāng)量冷卻速度，簡稱冷速度當(dāng)量冷卻速度，簡稱冷速度vR意義：意義：如果速度為如果速度為 v 的氣流對熱線的冷卻作用與在支桿平面內(nèi)且的氣流對熱線的冷卻作用與在支桿平面內(nèi)且垂直于熱線的氣流速度垂直于熱線的氣流速度vR的冷卻速度相同，則的冷卻速度相同，則vR叫做叫做v的的“冷速度冷速度”。20AE2nRREABvCv直接測量平面氣流直接測量平面氣流n用熱線風(fēng)速儀測量平面氣流平均流速的大用熱線風(fēng)速儀測量平面氣流平均流速的大小和方向，分小和方向，分直接測量直接測量和和間接測

30、量間接測量2種。種。n直接測量平面氣流：直接測量平面氣流：n轉(zhuǎn)動熱線探頭以改變來流對熱線的沖角，直到轉(zhuǎn)動熱線探頭以改變來流對熱線的沖角，直到橋頂電壓橋頂電壓E達(dá)到最大值。此時，來流方向與熱達(dá)到最大值。此時，來流方向與熱線垂直，線垂直，速度速度v的大小可根據(jù)測得的橋頂電壓的大小可根據(jù)測得的橋頂電壓E和熱線探頭速度特性曲線求得。和熱線探頭速度特性曲線求得。n缺點：方向誤差較大缺點：方向誤差較大間接測量平面氣流間接測量平面氣流n間接測量平面氣流間接測量平面氣流n放入熱線探頭后可測得橋頂電壓放入熱線探頭后可測得橋頂電壓E1，將探頭轉(zhuǎn)，將探頭轉(zhuǎn)過一個已知角度過一個已知角度 ，再得到橋頂電壓，再得到橋頂電

31、壓E2，查速，查速度特性曲線可得度特性曲線可得vR1和和vR2， 解聯(lián)立方程解聯(lián)立方程nvR1=v(a+bcos )nvR2=v a+bcos( + )n從而解得從而解得v和和 ，v為平均流速。為平均流速。五、五、 脈動氣流的測量脈動氣流的測量n當(dāng)氣流在平均流速當(dāng)氣流在平均流速 上迭加一個脈動速度上迭加一個脈動速度 時，熱線風(fēng)速儀時，熱線風(fēng)速儀的橋頂電壓的橋頂電壓E含有兩個分量：直流電壓含有兩個分量：直流電壓 和交流電壓和交流電壓e。n此時橋頂電壓與流速的關(guān)系可寫為此時橋頂電壓與流速的關(guān)系可寫為展開得展開得對平均流速，有對平均流速，有忽略高階無窮小量，忽略高階無窮小量， 得脈動速度得脈動速度這

32、樣，測得這樣，測得e后就可方便地得到后就可方便地得到vvE2()RREeAB vv 4RRE vveBRv222122RRvEEeeAB vBv22EAB v六、六、 熱線風(fēng)速儀的頻率特性熱線風(fēng)速儀的頻率特性熱線風(fēng)速儀用于非穩(wěn)定氣流的測量時，應(yīng)考慮熱線熱線風(fēng)速儀用于非穩(wěn)定氣流的測量時，應(yīng)考慮熱線的熱慣性。熱線是一個慣性環(huán)節(jié)，在動態(tài)測量時的熱慣性。熱線是一個慣性環(huán)節(jié)，在動態(tài)測量時其傳遞函數(shù)其傳遞函數(shù)G(j )為：為： 式中式中 - 角頻率角頻率 k - 熱線的靜態(tài)靈敏度熱線的靜態(tài)靈敏度 T - 熱線的時間常數(shù)熱線的時間常數(shù)由熱線的頻率特性可見，電壓由熱線的頻率特性可見，電壓e一階滯后于流速一階滯后于流速v。)()(1)(jVjEjTkjGn在恒溫風(fēng)速儀中，速度脈動引起的測量橋路不平在恒溫風(fēng)速