流動的量測與顯示技術

流動的量測與顯示技術1第1頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日第一節(jié)壓力的測量與其它流動參數相比，壓力比較容易測量，所以往往根據測得的壓力通過計算來得到流速等其他的流動參數。幾乎所有的流動測量中都有壓力測量。一、壓力測量系統(tǒng)

壓力測量系統(tǒng)由壓力傳感器、壓力信號變送和處理以及顯示部分組成。2第2頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日1、測壓管和測壓孔

它們是在固體壁面上開設的小孔和各種形狀的開口管子，開口管子直接插入流動中測量點感受該點的壓力，并通過傳輸管與壓力表或測壓管連通，以測出壓力的大小。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盡量小，以減少其對流動的干擾和提高其空間分辨率。優(yōu)點：結構簡單，使用方便。缺點：動態(tài)響應低，壓力值的自動采集和記錄較麻煩。測量精度主要由靜壓孔的幾何參數和測壓孔附近的邊界層特性決定。測壓孔徑D=0.5~1.0mm，孔深h=3~10D。測量誤差為0.5%~1.0%3第3頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日4第4頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日2、電磁式壓力傳感器

利用壓力改變時引起電和磁的改變的物理現象做成的傳感器稱為電磁式壓力傳感器。這種傳感器種類很多：（1）壓電晶體壓力傳感器；（2）電感壓力傳感器；（3）硅膜片壓力傳感器；（4）霍爾壓力傳感器。優(yōu)點：動態(tài)響應高，便于信號自動采集、傳輸和處理?？梢栽趶姼g性的工作介質中使用。缺點：因須插入流體中進行工作，故對流動有干擾，測量的空間分辨率有待提高。5第5頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日二、液柱式壓力計

液柱式壓力計是與測壓孔和測壓管連用的壓力顯示裝置。1、U形管壓力計6第6頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日

改變工作流體的密度，即可放大或縮小壓力計的讀數值h。7第7頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日2、單管壓力計在使用U形壓力計時，必須同時讀取二臂液面高度，再計算壓力值，讀數和計算都很麻煩，不直接。如將U形管的一臂做成面積很大的容器，使其工作過程中液面上、下的變化可以忽略不計，此時只要讀取一個讀數，即可得到測點的壓力，使用方便，這就是單管壓力計。8第8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日3、傾斜式壓力計用于測量微小壓力值，可減少讀數的相對誤差。9第9頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日第二節(jié)流速的測量一、皮托管

將測量總壓的總壓探針和測量靜壓的靜壓探針組合在一起，同時測出某點的總壓p和靜壓p1,設該點流速為V1，則有：

流速是描述運動的基本參數之一，流速測量的方法很多，在這介紹用的較多的皮托管、熱線（膜）風速儀和激光多普勒流速儀。10第10頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日皮托管結構簡單，使用方便，價格低廉，被廣泛應用。11第11頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日12第12頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日二、熱線（膜）風速計

熱線（膜）風速計是利用高溫物體在流體中散熱速度與流體的流速有關這一物理現象來測量流體的速度。流體的流動速度越快，高溫物體散熱越快，反之則越慢。（1）恒流式熱線風速計-----保持電流恒定，測量金屬絲溫度的變化。（2）恒溫式熱線風速計-----保持金屬絲溫度恒定，測量電流的變化。優(yōu)點：動態(tài)響應高，空間分辨率高，測量精度較高。缺點：對流場有干擾，熱線極為脆弱，性能穩(wěn)定性不好，探頭需經常校正。13第13頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日三、激光多普勒測速計優(yōu)點：非接觸式測量技術，無插入流場的探頭，對流場沒有干擾，動態(tài)響應高，空間分辨率高，測量流速范圍大，從幾mm/s到1000m/s，而且是絕對測量，無需校準，其精度取決于數據處理系統(tǒng)。缺點：只能測量透明的流體，必須開設讓激光透入的窗口，測量的是懸浮粒子的速度，故懸浮粒子必須有很好的跟隨性，數據采集和處理系統(tǒng)價格高。波源O發(fā)出頻率為FO的波，由接受器S接收，接收到的波動頻率為FS，當波源和接收器有相對運動時，FS不等于FO

，其差值FD與相對運動的速度有關，這就是多普勒效應。利用多普勒效應做成的測速計稱為多普勒測速計。用激光作波源的多普勒測速計稱為激光多普勒測速計。14第14頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日第三節(jié)流量的測量

一、質量法或容積法測量流量

流量的測量方法很多，這兒只介紹幾種常見的。

這是最直接，也是最準確的方法。但這種方法不能實時測量，主要用來測量小流量和對其它流量計進行靜態(tài)標定。15第15頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日二、節(jié)流式流量計由連續(xù)方程:16第16頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日當流體介質和流道的幾何結構確定以后，則相應的粘度和過水斷面的面積A1和A2為已知，故上式可改寫為：優(yōu)點：將流量的測量轉化為較易實現的壓力的測量。17第17頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日常見的節(jié)流式流量計主要有：文丘里流量計；孔板流量計；噴嘴流量計等。其流量系數在流量計標定時確定。根據上述原理，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，在相應部位測出其壓強的變化，即可間接測量出流量。加入的這類元件稱為節(jié)流元件，按這一原理做成的流量計統(tǒng)稱為節(jié)流式流量計。18第18頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日三、其它常用流量計

1、轉子（浮子）流量殼體轉子從原理上說，轉子流量計仍屬于節(jié)流式流量計。由垂直安放的錐形玻璃管中放置一錐形轉子構成，當流體從底部進入流量計，轉子上升，轉子和玻璃管間的節(jié)流流道面積增加，節(jié)流力度減小，轉子上、下游壓力差減小。至某一高度，由于節(jié)流效應引起的作用在轉子上、下底的壓力差和轉子的重量平衡，轉子懸停在該位置不動，由轉子懸停的位置即可測出通過流量計的流量。19第19頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日3、電磁流量計

根據法拉第電磁感應定律的原理工作。電磁流量計要求被測流體具有一定的電導率。

優(yōu)點：無節(jié)流元件，能量損失小，可用于腐蝕、磨損嚴重、工作條件惡劣，大流量測量場合。2、渦輪流量計

渦輪流量計由殼體、葉輪、前后導架及磁電感應器組成見P54（圖5-18）。20第20頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日

流動顯示技術分為兩大類：第四節(jié)流動顯示技術一、在流體中加入可見物的示蹤方法；

二、利用流體在流動過程中，由于流動參數的改變引起的流體物理性質變化，例如密度、溫度等的變化，再用光學或其他手段顯示出來，如紋影儀、紅外成像儀等。21第21頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日1、絲線法

為了獲得靠近固體壁面處流動的情況，最簡單的方法是將一些短絲線的一端粘貼在固體壁面上，使絲線隨流體漂動，利用這種方法來反映流動的情況。2、示蹤粒子法

向流體中注入粒子，觀察粒子的運動來獲得流動的信息。要求注入粒子的可見度高，同時對流動的跟隨性好。常用的示蹤粒子有鋁粉、鎂粉等。22第22頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日3、染色法向流體中注入顏料，將部分流體染成可見的顏色，或者注入螢元素，使部分流體在紫外線照射下顯現出來，以觀察流動的方法，稱為染色法。這種方法主要用于層流和低速流動中。4、煙風洞：

是向氣流中引入煙來顯示流動的技術。煙并不限于燃燒產物，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，可見度高等性能。23第23頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日常用物理量的因次物理量單位因次面積Am2L2體積Vm3L3速度vm/sLT-1加速度am/s2LT-2角速度ωrad/sT-124第24頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日物理量單位因次轉速rpmT-1重量、力FNMLT-2重度γN/m3ML-2T-2密度ρKg/m3ML-3壓強p、切應力τN/m2ML-1T-2體積流量qvm3/sL3T-1重量流量N/sMLT