第七章流速測量

06:50:29本章主要內(nèi)容流量測量方法流速測量方法機(jī)械法——葉輪式散熱率法——熱線式、熱球式動(dòng)力測壓法——畢托管激光多普勒效應(yīng)速度法——差壓式、渦輪式、電磁式、超聲波式容積法——橢圓齒輪、薄膜式質(zhì)量法當(dāng)前1頁，總共45頁。第一節(jié)流速測量機(jī)械法散熱率法動(dòng)力測壓法激光多普勒測速法當(dāng)前2頁，總共45頁。一．機(jī)械法測量流速1、種類：翼式、杯式杯式翼式測量原理：空氣通過轉(zhuǎn)杯時(shí)，推動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)葉輪轉(zhuǎn)速與氣流速度成正比的原理進(jìn)行速度測量當(dāng)前3頁，總共45頁。

杯型機(jī)械式風(fēng)速、風(fēng)向儀翼型機(jī)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，也可用于大型管道中氣流的速度場，尤其適用于相對(duì)濕度較大的氣流速度的測定。廣泛用于通風(fēng)、空調(diào)的風(fēng)速測量。可將葉輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。當(dāng)前4頁，總共45頁。注意事項(xiàng)測壓前需調(diào)零測定時(shí)必須將葉輪風(fēng)速儀全部置于氣流中氣流方向應(yīng)垂直于葉輪的平面待氣流推動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)20～30秒后再啟動(dòng)開關(guān)開始測量測定完畢應(yīng)將指針回零讀得風(fēng)速值后還應(yīng)在儀器所附的校正曲線上查得實(shí)際的風(fēng)速值測量平均風(fēng)速，不適于測量脈動(dòng)氣流和氣流瞬時(shí)速度當(dāng)前5頁，總共45頁。當(dāng)前6頁，總共45頁。AVM-03風(fēng)速計(jì)風(fēng)速計(jì)檔位測量范圍分辨率誤差M/S0.3-45.00.1±3%or0.1位KNOTS0.6-88.00.1±3%or0.1位ft/min60-880010±3%or10位Km/hr1-140.00.1±3%or0.1位溫度(AVM-03)℃0-600.1±0.8溫度(AVM-03)℉32-1400.1±1.5當(dāng)前7頁，總共45頁。二．散熱率法測量流速原理：散熱率與流體的速度相關(guān)測量儀器熱線風(fēng)速儀恒流法恒溫法熱膜風(fēng)速儀熱敏電阻恒溫風(fēng)速熱球風(fēng)速儀當(dāng)前8頁，總共45頁。１、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當(dāng)前9頁，總共45頁。ITT→vI→v恒流型恒溫型當(dāng)前10頁，總共45頁。恒流型熱線風(fēng)速儀

如果在熱線工作過程中，人為地用一恒值電流對(duì)熱線加熱，由于流體對(duì)熱線對(duì)流冷卻，且冷卻能力隨著流速的增大而加強(qiáng)。當(dāng)流速呈穩(wěn)態(tài)時(shí)，則可根據(jù)熱線電阻值的大小確定流體的速度。特點(diǎn)：電路簡單，敏感元件易老化，穩(wěn)定性差，很少用于流速測量恒流式工作原理圖當(dāng)前11頁，總共45頁。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變，則可通過測得流經(jīng)熱線的電流值來確定流體的速度。在實(shí)際測量電路中，測量的不是流經(jīng)電路的電流，而是惠斯頓電橋的橋頂電壓?？擞⒐剑篍2=A+Bun特點(diǎn)：敏感元件工作于恒溫狀態(tài)，穩(wěn)定性好。精度較高，廣泛用于流速測量，尤其是脈動(dòng)氣流的測量b)恒溫式工作原理圖當(dāng)前12頁，總共45頁。熱線風(fēng)速儀工作原理圖a)恒流式b)恒溫(恒電阻)式當(dāng)前13頁，總共45頁。熱線風(fēng)速儀當(dāng)前14頁，總共45頁。當(dāng)前15頁，總共45頁。當(dāng)前16頁，總共45頁。熱球風(fēng)速儀當(dāng)前17頁，總共45頁。1、原理

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：結(jié)論：測出總壓和靜壓即可測得流體流速動(dòng)力測壓法基礎(chǔ)式中，K為速度校正系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)化畢托管為0.96左右，S型畢托管一般為0.83~0.87三、空氣動(dòng)力測壓法測量流速當(dāng)前18頁，總共45頁。對(duì)于可壓縮性氣體來說，總壓和靜壓之間的關(guān)系式為：可壓縮性修正系數(shù)絕熱指數(shù)馬赫數(shù)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20℃，音速為343m/s當(dāng)前19頁，總共45頁。國標(biāo)中規(guī)定：測壓管的使用上限流體馬赫數(shù)M<0.25時(shí)流速，測量下限流速在總壓孔的雷諾數(shù)Re>200。上限或下限的規(guī)定都是為了避免造成過大的測量誤差。氣體的可壓縮性程度對(duì)于動(dòng)壓的影響很小，一般情況下可忽略。（1+ε）=1.0034當(dāng)前20頁，總共45頁。測壓差的方法利用總壓管、靜壓管，分別測量流體的總壓和靜壓，以確定流體速度利用專門設(shè)計(jì)的復(fù)合測壓管，同時(shí)測量流體的總壓和靜壓（或兩者之差），以確定流體速度當(dāng)前21頁，總共45頁。2、靜壓的測量測量方法靜壓管壁面測靜壓靜壓管：用細(xì)管彎成L形，頭部為半球形，在水平測量段的表面上均勻布置測壓孔，一般至少為6個(gè)，另一端接壓力表，用來測量靜壓。當(dāng)前22頁，總共45頁。注意：在不影響靜壓管強(qiáng)度的前提下，減少靜壓管直徑D，從而減少對(duì)氣流的影響測壓孔開在距離管柱8~10D，距離端部3~6D。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，偏離方向應(yīng)在不靈敏度范圍之內(nèi)測壓孔一般為0.5~1.0mm，太小易堵，太大則加入部分動(dòng)壓當(dāng)前23頁，總共45頁。壁面靜壓測量1-測孔2-U型液柱微壓計(jì)3-壁面

壁面測量靜壓測壓孔直接開在管壁上測量孔附近的壁面要光滑平整孔軸要與壁面垂直孔徑一般為0.5mm適用于測量平直流道內(nèi)流體靜壓當(dāng)前24頁，總共45頁。3、總壓的測量

測量儀器L形總壓管圓柱形總壓管套管式總壓管測量方法測量流體總壓時(shí)，總壓管的感測頭應(yīng)對(duì)準(zhǔn)來流方向希望總壓管對(duì)流動(dòng)方向越不敏感越好當(dāng)前25頁，總共45頁。（1）L形畢托管：制造容易，使用安裝方便。對(duì)流動(dòng)偏斜角的靈敏性取決于壓力孔直徑與管子外徑之比以及總壓管感測頭的形狀當(dāng)前26頁，總共45頁。（2）圓柱形總壓管（3）套管式總壓管當(dāng)前27頁，總共45頁。4、畢托管將總壓管和靜壓管組合在一起，同時(shí)測得流體的總壓和靜壓之差的復(fù)合管，稱為畢托管。

K為速度校正系數(shù)，一般情況下畢托管在使用之前需要進(jìn)行標(biāo)定。畢托管速度計(jì)算公式：當(dāng)前28頁，總共45頁。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，使用、制造方便，價(jià)格便宜，堅(jiān)固可靠，精度高。畢托管測量的是空間某點(diǎn)處的平均速度，它的頭部尺寸決定了它的空間分辨率根據(jù)所測量的流體性質(zhì)，將畢托管設(shè)計(jì)成不同的形狀，常用的有L形和S形。當(dāng)前29頁，總共45頁。（1）L形畢托管：標(biāo)準(zhǔn)畢托管畢托管的分類適用場合：測量清潔氣流的速度，或?qū)ζ渌Y(jié)構(gòu)形式的畢托管及流速儀表標(biāo)定。L形畢托管1-總壓測孔2-感測頭3-外管４-靜壓孔５-內(nèi)管６-管柱７-靜壓引出管８-總壓引出管當(dāng)前30頁，總共45頁。（2）S形畢托管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流體的靜壓。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，但測壓管對(duì)來流方向的變化很敏感適用場合：測量含塵濃度較高的氣流速度或粘度較大的液體，速度校正系數(shù)一般為0.83～0.87。當(dāng)前31頁，總共45頁。

測量平均動(dòng)壓，即測量平均流速。只適用于圓形風(fēng)道（3）動(dòng)壓平均管動(dòng)壓平均管1-總壓平均管2-靜壓管3-管道當(dāng)前32頁，總共45頁。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）測速上、下限的規(guī)定一般規(guī)定畢托管直徑與被測管道直徑（內(nèi)徑）之比不超過0.02，最大不得超過0.04S形或其他畢托管使用前必須用標(biāo)準(zhǔn)畢托管進(jìn)行校正，得到其校正系數(shù)（4）畢托管使用條件當(dāng)前33頁，總共45頁。解：6個(gè)測點(diǎn)動(dòng)壓值120.63、142.79、157.70、158.09、173.58、197.51Pa

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，KP＝0.96，風(fēng)道空氣靜壓p0＝980Pa（真空度），大氣壓B=101325Pa，空氣溫度t=20℃，空氣氣體常數(shù)R=287J/(kg.k)，風(fēng)道斷面上6個(gè)測點(diǎn)的動(dòng)壓讀數(shù)（微壓計(jì)系數(shù)為0.2）分別為61.5、72.8、80.6、80.5、88.5、100.7mmH2O，求風(fēng)道內(nèi)空氣平均流速。當(dāng)前34頁，總共45頁。5.流動(dòng)方向的測量與復(fù)合測壓管能同時(shí)測出流體的總壓及流速的大小和方向的測壓管稱為復(fù)合測壓管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方向。形狀：圓柱形、管束形和楔形測量空間流場中常用五孔三元測壓管流動(dòng)速度的大小和方向及流體的壓力，形狀：球形、管束形和楔形當(dāng)前35頁，總共45頁。測量流體總壓測量流動(dòng)方向當(dāng)前36頁，總共45頁。球形三孔測速管構(gòu)造1-赤道面2-子午面3-三孔感壓球形探頭4-接管5-干管6-傳壓管7-分度盤8-指針9-鎖緊螺釘10-鍵槽11-接嘴當(dāng)前37頁，總共45頁。三孔測速管感壓探頭的形狀a)球形b)尖劈形c)普通圓柱形d)發(fā)散圓柱形e)聚合圓柱形當(dāng)前38頁，總共45頁。當(dāng)前39頁，總共45頁。四．激光多普勒測速儀激光多普勒測速儀是利用隨流體運(yùn)動(dòng)的微粒散射光的多普勒效應(yīng)來進(jìn)行速度測量。

靜止的激光光源發(fā)射的激光照射到隨流體運(yùn)動(dòng)的粒子上，同時(shí)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散射光頻率fs與靜止光源的光波頻率f0之差與運(yùn)動(dòng)粒子的速度成正比。這個(gè)差值就叫多普勒頻率。

當(dāng)前40頁，總共45頁。當(dāng)前41頁，總共45頁。

時(shí)間t內(nèi)，粒子P接收到的固定光