流動(dòng)的量測(cè)與顯示技術(shù)

流動(dòng)的量測(cè)與顯示技術(shù)1第一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)壓力的測(cè)量與其它流動(dòng)參數(shù)相比，壓力比較容易測(cè)量，所以往往根據(jù)測(cè)得的壓力通過計(jì)算來得到流速等其他的流動(dòng)參數(shù)。幾乎所有的流動(dòng)測(cè)量中都有壓力測(cè)量。一、壓力測(cè)量系統(tǒng)

壓力測(cè)量系統(tǒng)由壓力傳感器、壓力信號(hào)變送和處理以及顯示部分組成。2第二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日1、測(cè)壓管和測(cè)壓孔

它們是在固體壁面上開設(shè)的小孔和各種形狀的開口管子，開口管子直接插入流動(dòng)中測(cè)量點(diǎn)感受該點(diǎn)的壓力，并通過傳輸管與壓力表或測(cè)壓管連通，以測(cè)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(cè)壓管和測(cè)壓孔的幾何尺寸應(yīng)盡量小，以減少其對(duì)流動(dòng)的干擾和提高其空間分辨率。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。缺點(diǎn)：動(dòng)態(tài)響應(yīng)低，壓力值的自動(dòng)采集和記錄較麻煩。測(cè)量精度主要由靜壓孔的幾何參數(shù)和測(cè)壓孔附近的邊界層特性決定。測(cè)壓孔徑D=0.5~1.0mm，孔深h=3~10D。測(cè)量誤差為0.5%~1.0%3第三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日4第四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日2、電磁式壓力傳感器

利用壓力改變時(shí)引起電和磁的改變的物理現(xiàn)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(diǎn)：動(dòng)態(tài)響應(yīng)高，便于信號(hào)自動(dòng)采集、傳輸和處理?？梢栽趶?qiáng)腐蝕性的工作介質(zhì)中使用。缺點(diǎn)：因須插入流體中進(jìn)行工作，故對(duì)流動(dòng)有干擾，測(cè)量的空間分辨率有待提高。5第五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日二、液柱式壓力計(jì)

液柱式壓力計(jì)是與測(cè)壓孔和測(cè)壓管連用的壓力顯示裝置。1、U形管壓力計(jì)6第六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日

改變工作流體的密度，即可放大或縮小壓力計(jì)的讀數(shù)值h。7第七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日2、單管壓力計(jì)在使用U形壓力計(jì)時(shí)，必須同時(shí)讀取二臂液面高度，再計(jì)算壓力值，讀數(shù)和計(jì)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(jì)，此時(shí)只要讀取一個(gè)讀數(shù)，即可得到測(cè)點(diǎn)的壓力，使用方便，這就是單管壓力計(jì)。8第八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日3、傾斜式壓力計(jì)用于測(cè)量微小壓力值，可減少讀數(shù)的相對(duì)誤差。9第九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)流速的測(cè)量一、皮托管

將測(cè)量總壓的總壓探針和測(cè)量靜壓的靜壓探針組合在一起，同時(shí)測(cè)出某點(diǎn)的總壓p和靜壓p1,設(shè)該點(diǎn)流速為V1，則有：

流速是描述運(yùn)動(dòng)的基本參數(shù)之一，流速測(cè)量的方法很多，在這介紹用的較多的皮托管、熱線（膜）風(fēng)速儀和激光多普勒流速儀。10第十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日皮托管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格低廉，被廣泛應(yīng)用。11第十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日12第十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日二、熱線（膜）風(fēng)速計(jì)

熱線（膜）風(fēng)速計(jì)是利用高溫物體在流體中散熱速度與流體的流速有關(guān)這一物理現(xiàn)象來測(cè)量流體的速度。流體的流動(dòng)速度越快，高溫物體散熱越快，反之則越慢。（1）恒流式熱線風(fēng)速計(jì)-----保持電流恒定，測(cè)量金屬絲溫度的變化。（2）恒溫式熱線風(fēng)速計(jì)-----保持金屬絲溫度恒定，測(cè)量電流的變化。優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)態(tài)響應(yīng)高，空間分辨率高，測(cè)量精度較高。缺點(diǎn)：對(duì)流場(chǎng)有干擾，熱線極為脆弱，性能穩(wěn)定性不好，探頭需經(jīng)常校正。13第十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日三、激光多普勒測(cè)速計(jì)優(yōu)點(diǎn)：非接觸式測(cè)量技術(shù)，無插入流場(chǎng)的探頭，對(duì)流場(chǎng)沒有干擾，動(dòng)態(tài)響應(yīng)高，空間分辨率高，測(cè)量流速范圍大，從幾mm/s到1000m/s，而且是絕對(duì)測(cè)量，無需校準(zhǔn)，其精度取決于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。缺點(diǎn)：只能測(cè)量透明的流體，必須開設(shè)讓激光透入的窗口，測(cè)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(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)價(jià)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(dòng)頻率為FS，當(dāng)波源和接收器有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)S不等于FO

，其差值FD與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度有關(guān)，這就是多普勒效應(yīng)。利用多普勒效應(yīng)做成的測(cè)速計(jì)稱為多普勒測(cè)速計(jì)。用激光作波源的多普勒測(cè)速計(jì)稱為激光多普勒測(cè)速計(jì)。14第十四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日第三節(jié)流量的測(cè)量

一、質(zhì)量法或容積法測(cè)量流量

流量的測(cè)量方法很多，這兒只介紹幾種常見的。

這是最直接，也是最準(zhǔn)確的方法。但這種方法不能實(shí)時(shí)測(cè)量，主要用來測(cè)量小流量和對(duì)其它流量計(jì)進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定。15第十五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日二、節(jié)流式流量計(jì)由連續(xù)方程:16第十六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日當(dāng)流體介質(zhì)和流道的幾何結(jié)構(gòu)確定以后，則相應(yīng)的粘度和過水?dāng)嗝娴拿娣eA1和A2為已知，故上式可改寫為：優(yōu)點(diǎn)：將流量的測(cè)量轉(zhuǎn)化為較易實(shí)現(xiàn)的壓力的測(cè)量。17第十七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日常見的節(jié)流式流量計(jì)主要有：文丘里流量計(jì)；孔板流量計(jì)；噴嘴流量計(jì)等。其流量系數(shù)在流量計(jì)標(biāo)定時(shí)確定。根據(jù)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(yīng)部位測(cè)出其壓強(qiáng)的變化，即可間接測(cè)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(jì)統(tǒng)稱為節(jié)流式流量計(jì)。18第十八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日三、其它常用流量計(jì)

1、轉(zhuǎn)子（浮子）流量殼體轉(zhuǎn)子從原理上說，轉(zhuǎn)子流量計(jì)仍屬于節(jié)流式流量計(jì)。由垂直安放的錐形玻璃管中放置一錐形轉(zhuǎn)子構(gòu)成，當(dāng)流體從底部進(jìn)入流量計(jì)，轉(zhuǎn)子上升，轉(zhuǎn)子和玻璃管間的節(jié)流流道面積增加，節(jié)流力度減小，轉(zhuǎn)子上、下游壓力差減小。至某一高度，由于節(jié)流效應(yīng)引起的作用在轉(zhuǎn)子上、下底的壓力差和轉(zhuǎn)子的重量平衡，轉(zhuǎn)子懸停在該位置不動(dòng)，由轉(zhuǎn)子懸停的位置即可測(cè)出通過流量計(jì)的流量。19第十九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日3、電磁流量計(jì)

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律的原理工作。電磁流量計(jì)要求被測(cè)流體具有一定的電導(dǎo)率。

優(yōu)點(diǎn)：無節(jié)流元件，能量損失小，可用于腐蝕、磨損嚴(yán)重、工作條件惡劣，大流量測(cè)量場(chǎng)合。2、渦輪流量計(jì)

渦輪流量計(jì)由殼體、葉輪、前后導(dǎo)架及磁電感應(yīng)器組成見P54（圖5-18）。20第二十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日

流動(dòng)顯示技術(shù)分為兩大類：第四節(jié)流動(dòng)顯示技術(shù)一、在流體中加入可見物的示蹤方法；

二、利用流體在流動(dòng)過程中，由于流動(dòng)參數(shù)的改變引起的流體物理性質(zhì)變化，例如密度、溫度等的變化，再用光學(xué)或其他手段顯示出來，如紋影儀、紅外成像儀等。21第二十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日1、絲線法

為了獲得靠近固體壁面處流動(dòng)的情況，最簡(jiǎn)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(dòng)，利用這種方法來反映流動(dòng)的情況。2、示蹤粒子法

向流體中注入粒子，觀察粒子的運(yùn)動(dòng)來獲得流動(dòng)的信息。要求注入粒子的可見度高，同時(shí)對(duì)流動(dòng)的跟隨性好。常用的示蹤粒子有鋁粉、鎂粉等。22第二十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，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(xiàn)出來，以觀察流動(dòng)的方法，稱為染色法。這種方法主要用于層流和低速流動(dòng)中。4、煙風(fēng)洞：

是向氣流中引入煙來顯示流動(dòng)的技術(shù)。煙并不限于燃燒產(chǎn)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第二十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，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第二十四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日物理量單位因次轉(zhuǎn)速rpmT-1重量、力FNMLT-2重度γN/m3ML-2T-2密度ρKg/m3ML-3壓強(qiáng)p、切應(yīng)力τN/m2ML-1T-2體積流量qvm3/sL3T-1重量流量N/sMLT