第七章流速測量2014

1、第第7章章 流速及流量測量流速及流量測量 3:09:40流量測量方法流量測量方法流速測量方法流速測量方法機械法機械法葉輪式葉輪式散熱率法散熱率法熱線式、熱球式熱線式、熱球式動力測壓法動力測壓法畢托管畢托管激光多普勒效應(yīng)激光多普勒效應(yīng)速度法速度法差壓式、渦輪式、差壓式、渦輪式、電磁式、超聲波式電磁式、超聲波式容積法容積法橢圓齒輪、薄膜式橢圓齒輪、薄膜式質(zhì)量法質(zhì)量法第一節(jié)第一節(jié) 流速測量流速測量v機械法機械法v散熱率法散熱率法v動力測壓法動力測壓法v激光多普勒測速法激光多普勒測速法一機械法測量流速一機械法測量流速1、種類種類：翼式、杯式：翼式、杯式杯式杯式翼式翼式測量原理測量原理：空氣通過轉(zhuǎn)杯時，

2、推動葉片轉(zhuǎn)動。根據(jù)空氣通過轉(zhuǎn)杯時，推動葉片轉(zhuǎn)動。根據(jù)葉輪轉(zhuǎn)葉輪轉(zhuǎn)速速與與氣流速度氣流速度成成正正比的原理進行速度測量比的原理進行速度測量 杯型機械式風(fēng)速、風(fēng)向儀杯型機械式風(fēng)速、風(fēng)向儀翼型機械式風(fēng)速儀翼型機械式風(fēng)速儀適用范圍：可用來測定儀表所在位置的氣流速度，也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，尤其適用于可用于大型管道中氣流的速度場，尤其適用于相對濕相對濕度較大度較大的氣流速度的測定。廣泛用于通風(fēng)、空調(diào)的風(fēng)的氣流速度的測定。廣泛用于通風(fēng)、空調(diào)的風(fēng)速測量。速測量?？蓪⑷~輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電信號?？蓪⑷~輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電信號。注意事項v測壓前需測壓前需調(diào)零調(diào)零v測定時必須將

3、葉輪風(fēng)速儀測定時必須將葉輪風(fēng)速儀全部全部置于氣流中置于氣流中v氣流方向應(yīng)氣流方向應(yīng)垂直于垂直于葉輪的平面葉輪的平面v待氣流推動葉輪轉(zhuǎn)動待氣流推動葉輪轉(zhuǎn)動2030秒后再啟動開關(guān)秒后再啟動開關(guān)開始測量開始測量v測定完畢應(yīng)將指針回零測定完畢應(yīng)將指針回零v讀得風(fēng)速值后還應(yīng)在儀器所附的校正曲線上讀得風(fēng)速值后還應(yīng)在儀器所附的校正曲線上查得實際的風(fēng)速值查得實際的風(fēng)速值v測量測量平均風(fēng)速平均風(fēng)速，不適于測量脈動氣流和氣流，不適于測量脈動氣流和氣流瞬時速度瞬時速度AVM-03風(fēng)速計風(fēng)速計風(fēng)速計風(fēng)速計檔位檔位測量范圍測量范圍分辨率分辨率誤差誤差M/S0.3-45.00.1 3% or 0.1 位KNOTS0.6-

4、88.00.1 3% or 0.1 位ft/min60-880010 3% or 10 位Km/hr1-140.00.1 3% or 0.1 位溫度溫度(AVM-03)0-600.1 0.8溫度溫度(AVM-03)32-1400.1 1.5二散熱率法測量流速二散熱率法測量流速v原理原理：散熱率與流體的速度相關(guān)：散熱率與流體的速度相關(guān)v測量儀器測量儀器熱線風(fēng)速儀熱線風(fēng)速儀v恒流法v恒溫法熱膜風(fēng)速儀熱膜風(fēng)速儀熱敏電阻恒溫風(fēng)速熱敏電阻恒溫風(fēng)速熱球風(fēng)速儀熱球風(fēng)速儀、熱線風(fēng)速儀利用被加熱的金屬絲的熱量損失來測量氣體流速的利用被加熱的金屬絲的熱量損失來測量氣體流速的RQQNud2()wfRwwQF TTQ

5、I RRenNuab1nna Fb Fdabdv2( )()nwwwfI Rab uTTITTvIv恒流型恒流型恒溫型恒溫型v恒流型熱線風(fēng)速儀 如果在熱線工作過程中，人為地用一如果在熱線工作過程中，人為地用一恒值電流恒值電流對對熱線加熱，由于流體對熱線對流冷卻，且冷卻能力隨熱線加熱，由于流體對熱線對流冷卻，且冷卻能力隨著流速的增大而加強。當(dāng)流速呈著流速的增大而加強。當(dāng)流速呈穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)時，則可根據(jù)熱時，則可根據(jù)熱線線電阻值的大小電阻值的大小確定流體的確定流體的速度速度。nfwn2wfRa b uRa b uI R特點特點：電路簡單，敏感元件易老化，：電路簡單，敏感元件易老化，穩(wěn)定性差，很少用于流速

6、測量穩(wěn)定性差，很少用于流速測量恒流式工作原理圖恒流式工作原理圖v恒溫型熱線風(fēng)速儀 如果在熱線工作過程中，始終保持熱線的溫度不如果在熱線工作過程中，始終保持熱線的溫度不變，則可通過測得流經(jīng)熱線的電流值來確定流體的速變，則可通過測得流經(jīng)熱線的電流值來確定流體的速度。度。2() () wfnwwfwfwfRRaIab uaR RRRbbR R在實際測量電路中，測量的在實際測量電路中，測量的不是流經(jīng)電路的電流，而是不是流經(jīng)電路的電流，而是惠斯頓電橋的橋頂電壓?；菟诡D電橋的橋頂電壓。克英公式：克英公式：E2=A+Bun特點特點：敏感元件工作于恒溫狀態(tài)，穩(wěn)定性好。精度：敏感元件工作于恒溫狀態(tài)，穩(wěn)定性好。精

7、度較高，廣泛用于流速測量，尤其是脈動氣流的測量較高，廣泛用于流速測量，尤其是脈動氣流的測量b)恒溫式工作原理圖恒溫式工作原理圖熱線風(fēng)速儀工作原理圖熱線風(fēng)速儀工作原理圖a) 恒流式恒流式b) 恒溫恒溫(恒電阻恒電阻)式式熱線風(fēng)速儀熱線風(fēng)速儀熱球風(fēng)速儀熱球風(fēng)速儀1、原理 當(dāng)氣流速度較小，可不考慮流體的可壓縮性，當(dāng)氣流速度較小，可不考慮流體的可壓縮性，并認(rèn)為氣流的密度為常數(shù)，建立伯努利方程：并認(rèn)為氣流的密度為常數(shù)，建立伯努利方程：2012jppu常數(shù)02()juKpp結(jié)論：結(jié)論：測出總壓和靜壓即可測得流體流速測出總壓和靜壓即可測得流體流速動力測壓法動力測壓法基礎(chǔ)基礎(chǔ)式中，式中，K為速度校正系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)

8、化畢托管為為速度校正系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)化畢托管為0.96左右，左右，S型畢托管一般為型畢托管一般為0.830.87三、空氣動力測壓法測量流速三、空氣動力測壓法測量流速v對于可壓縮性氣體來說，總壓和靜壓之間的關(guān)系對于可壓縮性氣體來說，總壓和靜壓之間的關(guān)系式為式為：201(1)2jppu422424MkM可壓縮性修正系數(shù)可壓縮性修正系數(shù)絕熱指數(shù)絕熱指數(shù)馬赫數(shù)馬赫數(shù)v在通風(fēng)空調(diào)工程中，氣體流速一般低于在通風(fēng)空調(diào)工程中，氣體流速一般低于40m/s，空氣溫度為空氣溫度為20，音速為音速為343m/s021jppuKv國標(biāo)中規(guī)定：測壓管的使用上限流體馬赫數(shù)國標(biāo)中規(guī)定：測壓管的使用上限流體馬赫數(shù)M200。上限或下限

9、的規(guī)定都是為。上限或下限的規(guī)定都是為了避免造成過大的測量誤差。了避免造成過大的測量誤差。氣體的可壓縮性程度對于動壓的影響很小，一般情氣體的可壓縮性程度對于動壓的影響很小，一般情況下可忽略。況下可忽略。0.12uMc（1+1+）=1.0034=1.0034v測壓差的方法測壓差的方法利用總壓管、靜壓管，分別測量流體利用總壓管、靜壓管，分別測量流體的總壓和靜壓，以確定流體速度的總壓和靜壓，以確定流體速度利用專門設(shè)計的復(fù)合測壓管，同時測利用專門設(shè)計的復(fù)合測壓管，同時測量流體的總壓和靜壓（或兩者之差），量流體的總壓和靜壓（或兩者之差），以確定流體速度以確定流體速度2、靜壓的測量v測量方法測量方法靜壓管靜

10、壓管壁面測靜壓壁面測靜壓v靜壓管靜壓管：用細(xì)管彎成：用細(xì)管彎成L形，頭部為半球形，形，頭部為半球形，在水平測量段的表面在水平測量段的表面上均勻布置測壓孔，上均勻布置測壓孔，一般至少為一般至少為6個，另個，另一端接壓力表，用來一端接壓力表，用來測量靜壓。測量靜壓。v注意注意：在不影響靜壓管強度的前提下，減少靜壓管直在不影響靜壓管強度的前提下，減少靜壓管直徑徑D，從而減少對氣流的影響，從而減少對氣流的影響測壓孔開在距離管柱測壓孔開在距離管柱810D，距離端部，距離端部36D。使測得的靜壓不受管柱和端部的影響使測得的靜壓不受管柱和端部的影響靜壓管盡可能放置的與氣流方向一致，偏離方靜壓管盡可能放置的與

11、氣流方向一致，偏離方向應(yīng)在不靈敏度范圍之內(nèi)向應(yīng)在不靈敏度范圍之內(nèi)測壓孔一般為測壓孔一般為0.51.0mm，太小易堵，太大則，太小易堵，太大則加入部分動壓加入部分動壓壁面靜壓測量壁面靜壓測量1-測孔測孔 2-U型液柱微壓計型液柱微壓計 3-壁面壁面 v 壁面測量靜壓壁面測量靜壓測壓孔直接開在管測壓孔直接開在管壁上壁上測量孔附近的壁面測量孔附近的壁面要光滑平整要光滑平整孔軸要與壁面垂直孔軸要與壁面垂直孔徑一般為孔徑一般為0.5mm適用于測量適用于測量平直流平直流道內(nèi)道內(nèi)流體靜壓流體靜壓3、總壓的測量 v測量儀器測量儀器L L形總壓管形總壓管圓柱形總壓管圓柱形總壓管套管式總壓管套管式總壓管v測量方法

12、測量方法測量流體總壓時，總壓管的感測頭應(yīng)對準(zhǔn)來流測量流體總壓時，總壓管的感測頭應(yīng)對準(zhǔn)來流方向方向希望總壓管對流動方向越不敏感越好希望總壓管對流動方向越不敏感越好（1 1）L L形畢托管形畢托管：v制造容易，使用安裝方便。制造容易，使用安裝方便。v對流動偏斜角的靈敏性取決于對流動偏斜角的靈敏性取決于壓力孔直徑壓力孔直徑與管子外徑之比與管子外徑之比以及總壓管以及總壓管感測頭的形狀感測頭的形狀（2 2）圓柱形總壓管）圓柱形總壓管（3 3）套管式總壓管）套管式總壓管4、畢托管v將總壓管和靜壓管組將總壓管和靜壓管組合在一起，同時測得合在一起，同時測得流體的總壓和靜壓之流體的總壓和靜壓之差的復(fù)合管，稱為畢

13、差的復(fù)合管，稱為畢托管。托管。02(juKpp） K為速度校正系數(shù)，一般情況下畢托管在使用為速度校正系數(shù)，一般情況下畢托管在使用之前需要進行標(biāo)定。之前需要進行標(biāo)定。810D36D0.1D0.3DD12345678畢托管速度計算公式畢托管速度計算公式：v特點特點：結(jié)構(gòu)簡單，使用、制造方便，價格：結(jié)構(gòu)簡單，使用、制造方便，價格便宜，堅固可靠，精度高。便宜，堅固可靠，精度高。v畢托管測量的是空間畢托管測量的是空間某點某點處的處的平均速度平均速度，它的頭部尺寸決定了它的空間分辨率它的頭部尺寸決定了它的空間分辨率v根據(jù)所測量的流體性質(zhì)，將畢托管設(shè)計成根據(jù)所測量的流體性質(zhì)，將畢托管設(shè)計成不同的形狀，常用的

14、有不同的形狀，常用的有L L形和形和S S形。形。（1）L形畢托管形畢托管：標(biāo)準(zhǔn)畢托管：標(biāo)準(zhǔn)畢托管畢托管的分類畢托管的分類810D36D0.1D0.3DD12345678v適用場合適用場合：測量：測量清潔氣流清潔氣流的速度，的速度，或?qū)ζ渌Y(jié)構(gòu)形式的畢托管及流或?qū)ζ渌Y(jié)構(gòu)形式的畢托管及流速儀表標(biāo)定。速儀表標(biāo)定。L形畢托管形畢托管1-總壓測孔總壓測孔2-感測頭感測頭 3-外管外管-靜壓孔靜壓孔-內(nèi)管內(nèi)管-管柱管柱-靜壓引出管靜壓引出管-總壓引出管總壓引出管（2）S形畢托管形畢托管 迎著流體的開口端測量流體迎著流體的開口端測量流體的總壓，背著流體的開口端測量的總壓，背著流體的開口端測量流體的靜壓。

15、流體的靜壓。v特點特點：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，但測壓管對來流方向的變化很敏但測壓管對來流方向的變化很敏感感v適用場合適用場合：測量含塵濃度較高：測量含塵濃度較高的氣流速度或粘度較大的液體，的氣流速度或粘度較大的液體，速度校正系數(shù)一般為速度校正系數(shù)一般為0.830.87。測量平均動壓，即測量平均流速。只適用于測量平均動壓，即測量平均流速。只適用于圓形圓形風(fēng)道風(fēng)道（3）動壓平均管）動壓平均管動壓平均管動壓平均管1-總壓平均管總壓平均管 2-靜壓管靜壓管 3-管道管道v國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）測速上、下限的）測速上、下限的規(guī)定規(guī)定v一般規(guī)定畢托管直徑與被測管道直徑

16、（內(nèi)一般規(guī)定畢托管直徑與被測管道直徑（內(nèi)徑）之比不超過徑）之比不超過0.02，最大不得超過，最大不得超過0.04vS形或其他畢托管使用前必須用標(biāo)準(zhǔn)畢托形或其他畢托管使用前必須用標(biāo)準(zhǔn)畢托管進行校正，得到其校正系數(shù)管進行校正，得到其校正系數(shù)（4）畢托管使用條件）畢托管使用條件解：解：6個測點動壓值個測點動壓值120.63、142.79、157.70、158.09、173.58、197.51Pa 例例7-1 用標(biāo)準(zhǔn)畢托管測量空調(diào)送風(fēng)管道內(nèi)空氣流速，用標(biāo)準(zhǔn)畢托管測量空調(diào)送風(fēng)管道內(nèi)空氣流速，KP0.96，風(fēng)道空氣靜壓，風(fēng)道空氣靜壓p0980Pa（真空度），（真空度），大氣壓大氣壓B=101325Pa，空

17、氣溫度，空氣溫度t=20，空氣氣體，空氣氣體常數(shù)常數(shù)R=287J/(kg.k)，風(fēng)道斷面上，風(fēng)道斷面上6個測點的動壓讀個測點的動壓讀數(shù)（微壓計系數(shù)為數(shù)（微壓計系數(shù)為0.2）分別為）分別為61.5、72.8、80.6、80.5、88.5、100.7mmH2O，求風(fēng)道內(nèi)空氣平均流，求風(fēng)道內(nèi)空氣平均流速。速。22diipdipRTvKpp61216pjiijRTvKppBp15.6/m s5. 流動方向的測量與復(fù)合測壓管流動方向的測量與復(fù)合測壓管v能同時測出流體的總壓及流速的大小和方能同時測出流體的總壓及流速的大小和方向的測壓管稱為向的測壓管稱為復(fù)合測壓管復(fù)合測壓管v在平面流場的測量中，常用二元復(fù)合

18、測壓在平面流場的測量中，常用二元復(fù)合測壓管測量流體的總壓、靜壓及流速的大小和管測量流體的總壓、靜壓及流速的大小和方向。方向。形狀形狀：圓柱形、管束形和楔形：圓柱形、管束形和楔形v測量測量空間空間流場中常用五孔三元測壓管流動流場中常用五孔三元測壓管流動速度的大小和方向及流體的壓力，形狀：速度的大小和方向及流體的壓力，形狀：球形、管束形和楔形球形、管束形和楔形測量流測量流體總壓體總壓測量流測量流動方向動方向球形三孔測速管構(gòu)造球形三孔測速管構(gòu)造1-赤道面赤道面2-子午面子午面3-三孔感壓球形探頭三孔感壓球形探頭4-接管接管5-干管干管6-傳壓管傳壓管 7-分度盤分度盤8-指針指針9-鎖緊螺釘鎖緊螺釘

19、10-鍵槽鍵槽11-接嘴接嘴三孔測速管感壓探頭的形狀三孔測速管感壓探頭的形狀a) 球形球形b) 尖劈形尖劈形c) 普通圓柱形普通圓柱形d) 發(fā)散圓柱形發(fā)散圓柱形e) 聚合圓柱形聚合圓柱形四激光多普勒測速儀四激光多普勒測速儀 激光多普勒測速儀是利用隨流體運動的激光多普勒測速儀是利用隨流體運動的微粒散射光的微粒散射光的多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)來進行速度測量。來進行速度測量。靜止的激光光源發(fā)射的激光照射到隨流靜止的激光光源發(fā)射的激光照射到隨流體運動的粒子上，同時粒子又將接收到的光體運動的粒子上，同時粒子又將接收到的光波向外散射。當(dāng)靜止光接收器所收到的波向外散射。當(dāng)靜止光接收器所收到的散射散射光頻率光頻率fs與與靜止光源的光波頻率靜止光源的光波頻率f0之差與運動之差與運動粒子的速度成正比。這個差值就叫多普勒頻粒子的速度成正比。這個差值就叫多普勒頻率。率。 0()pcu e tN 時間時間t內(nèi)，粒子內(nèi)，粒子P接收到的固定光源接收到的固定光源I發(fā)出的全波數(shù)發(fā)出的全波數(shù)ppNft0cu e 00/cu ecf 00fcu ec ssctNu e T 時間時間t內(nèi)，以粒子內(nèi)，以粒子P為發(fā)射光源，固定接收器為發(fā)射光源，固定接收