流體壓強(qiáng)速度和流量的測量

流體壓強(qiáng)速度和流量的測量第1頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月§8.2流體速度的測量1風(fēng)速管和多孔探頭2風(fēng)速管標(biāo)定實(shí)驗(yàn)3熱線風(fēng)速儀4激光多普勒測速儀5粒子成像速度計(jì)USTC第2頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月3熱線風(fēng)速儀

HotWireAnemometer1.熱線風(fēng)速儀的工作原理2.熱線風(fēng)速儀的靜態(tài)特性3.兩種運(yùn)行方式4.熱線風(fēng)速儀的標(biāo)定USTC第3頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月3熱線風(fēng)速儀熱線測速儀（HotWireAnemometer，簡稱HWA），發(fā)明于20世紀(jì)20年代。它是將流體速度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的一種測速儀器，也可用于測量流體的溫度。其基本原理是，將一根細(xì)的金屬絲放在流體中，通過電流加熱金屬絲，使其溫度高于流體的溫度，因此將金屬絲稱為“熱線”。當(dāng)流體沿垂直方向流過金屬絲時(shí)，將帶走金屬絲的一部分熱量，使金屬絲溫度下降。熱線在氣流中的散熱量與流速有關(guān)，散熱量導(dǎo)致熱線溫度變化而引起電阻變化，流速信號(hào)即轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。USTC第4頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月3熱線風(fēng)速儀熱線長度一般為2mm，直徑5μm

，最小的探頭直徑僅1μm，長為0.2mm。材料為鉑、鎢或鉑銠合金等熔點(diǎn)高、延展性好的金屬。根據(jù)不同的用途，熱線探頭還做成雙絲、三絲、斜絲及V形、X形等。USTC第5頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月3熱線風(fēng)速儀若以一片很薄(厚度小于0.1微米)的金屬膜代替金屬絲，即為熱膜風(fēng)速儀，功能與熱絲相似，但多用于測量液體流速。USTC第6頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月3熱線風(fēng)速儀熱線測速儀的優(yōu)點(diǎn)是：（1）體積小，對(duì)流場干擾小；（2）頻率響應(yīng)高，可達(dá)1MHz。（3）測量精度高，重復(fù)性好。（4）適用范圍廣。不僅可用于氣體也可用于液體，在氣體的亞聲速、跨聲速和超聲速流動(dòng)中均可使用；可以測量平均速度，也可測量脈動(dòng)值和湍流量；還可以測量多個(gè)方向的速度分量。熱線測速儀的缺點(diǎn)是：探頭對(duì)流場有一定干擾，熱線容易斷裂。USTC第7頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月3熱線風(fēng)速儀強(qiáng)迫對(duì)流傳熱---占主導(dǎo)地位。金（King,1914）公式：USTCViwQQ第8頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月3熱線風(fēng)速儀USTC第9頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月3熱線風(fēng)速儀USTC金屬絲電阻隨溫度變化：第10頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月3熱線風(fēng)速儀USTC熱線有兩種工作模式：

①恒流式。通過熱線的電流保持不變，溫度變化時(shí)，熱線電阻改變，因而兩端電壓變化，由此測量流速；②恒溫式。熱線的溫度保持不變，如保持150℃，根據(jù)所需施加的電流可度量流速。恒溫式比恒流式應(yīng)用更廣泛。第11頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月3熱線風(fēng)速儀USTC恒流式：ER2R1RWe1R2>>Rw第12頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月3熱線風(fēng)速儀USTC恒溫式：R2R1R3RwI1I2IBe0V,Tw,Rw,e1,

e2-e1

,e0,IB,eB,I1,Tw,RW第13頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月3熱線風(fēng)速儀熱線測速儀的主要用途是：（1）測量平均流動(dòng)的速度和方向。（2）測量來流的脈動(dòng)速度及其頻譜。（3）測量湍流中的雷諾應(yīng)力及兩點(diǎn)的速度相關(guān)性、時(shí)間相關(guān)性。（4）測量壁面切應(yīng)力（通常是采用與壁面平齊放置的熱膜探頭來進(jìn)行的，原理與熱線測速相似）。（5）測量流體溫度（事先測出探頭電阻隨流體溫度的變化曲線，然后根據(jù)測得的探頭電阻就可確定溫度。除此以外還開發(fā)出許多專業(yè)用途。USTC第14頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月3熱線風(fēng)速儀熱線探頭在使用前必須進(jìn)行校準(zhǔn)。靜態(tài)校準(zhǔn)是在專門的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞里進(jìn)行的，測量流速與輸出電壓之間的關(guān)系并畫成標(biāo)準(zhǔn)曲線；動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)是在已知的脈動(dòng)流場中進(jìn)行的，或在測速儀加熱電路中加上一脈動(dòng)電信號(hào)，校驗(yàn)熱線測速儀的頻率響應(yīng)，若頻率響應(yīng)不佳可用相應(yīng)的補(bǔ)償線路加以改善。USTC第15頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4激光多普勒測速儀(LDV)

LaserDopplerVelocimeter

激光測速的原理是：是測量通過激光束的示蹤粒子的多普勒信號(hào)，再根據(jù)速度與多普勒頻率的關(guān)系得到粒子速度。測得了粒子的速度，也就是流動(dòng)的速度。激光測速的最主要的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)流動(dòng)沒有任何擾動(dòng)，測量的精度高，測速范圍寬，而且由于多普勒頻率與速度是線性關(guān)系，和該點(diǎn)的溫度，壓力沒有關(guān)系，是目前世界上速度測量精度最高的儀器。USTC第16頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4激光多普勒測速儀(LDV)基本光路VUSTC第17頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4激光多普勒測速儀(LDV)條紋模型USTCfxzyzyyx第18頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4激光多普勒測速儀(LDV)條紋模型USTC

V12d第19頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4激光多普勒測速儀(LDV)基本布置V激光電源聲光調(diào)制器電源計(jì)算機(jī)光電倍增管電源信號(hào)處理器放大器USTC第20頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月技術(shù)指標(biāo)：

測速范圍：mm/s-1000m/s

測速維數(shù)：1維，2維或3維

測速精度：0.1%

工作光譜：514.5，488，476.5nm

USTC4激光多普勒測速儀(LDV)1．激光器：水冷氬離子激光器

輸出功率：5W

光束直徑：1.5mm

光束發(fā)散角：0.5mrad第21頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月2．分光器、光纖耦合器

最大輸入光功率：10W

分光光譜：514.5，488，476.5nm

內(nèi)置布拉格盒3．處理器

最大輸入多普勒頻率：FSA3500100MHzFSA4000175MHz

最低可處理信噪比：-12dB

數(shù)據(jù)傳輸速率：400Mbps

能夠進(jìn)行周期性流動(dòng)測量

具備外部模擬/數(shù)字信號(hào)輸入功能USTC4激光多普勒測速儀(LDV)第22頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4．?dāng)?shù)據(jù)處理、顯示軟件

在線實(shí)時(shí)采集顯示數(shù)據(jù)；支持?jǐn)?shù)據(jù)回放；支持周期性流動(dòng)測量；支持各種速度統(tǒng)計(jì)：平均速度、均方根、剪應(yīng)力、湍流度；支持粒徑統(tǒng)計(jì)：平均粒徑、D32、體積通量；各統(tǒng)計(jì)參數(shù)關(guān)聯(lián)分布；提供各參數(shù)的自相關(guān)、互相關(guān)、功率譜分析；支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出5．移動(dòng)坐標(biāo)架、探頭安裝導(dǎo)軌及控制器

行程：600X600X600mm；含探頭安裝支架及控制器；電纜長度：滿足工作場地要求；位置分辨率：0.01mm；承重：50公斤以上；控制方式：完全計(jì)算機(jī)控制USTC4激光多普勒測速儀(LDV)第23頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4相位多普勒粒子分析儀（PDPA）

PhaseDopplerParticleAnalyzer相位多普勒粒子分析儀顧名思義是利用多普勒效應(yīng)來測量運(yùn)動(dòng)粒子的相關(guān)特性。它是由激光多普勒測速儀發(fā)展而來的，至今已有近二十年的歷史。PDPA所依據(jù)的基本光學(xué)原理是Lorenz－Mie散射理論。如同聲波的多普勒效應(yīng)一樣，光源與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)也具有多普勒效應(yīng)。在PDPA中，依靠運(yùn)動(dòng)微粒的散射光與照射光之間的頻差來獲得速度信息，而通過分析穿越激光測量體的球形粒子反射或折射的散射光產(chǎn)生的相位移動(dòng)來確定粒徑的大小。USTC第24頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4相位多普勒粒子分析儀（PDPA）

PhaseDopplerParticleAnalyzer儀器包括320mw氬離子風(fēng)冷激光器、激光耦合器、RSA信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及激光發(fā)射和接收器等。一般情況下，它的測速范圍是-90～283m/s，可測粒徑范圍是0.5～90μm，此范圍還可通過更換發(fā)射鏡頭加以擴(kuò)大。USTC第25頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4相位多普勒粒子分析儀（PDPA）USTC處理器激光器發(fā)射器接受透鏡光電倍增管第26頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4相位多普勒粒子分析儀（PDPA）mP=2P=0P=1USTC第27頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月5粒子成像速度計(jì)(

PIV)

ParticleImageVelocimeter什么是PIV1.PIV是一種在流場中同時(shí)多點(diǎn)（如數(shù)千點(diǎn)）測量流體或粒子速度矢量的光學(xué)圖象技術(shù)。2.通常在流場的“平面薄片”中進(jìn)行測量。3.精度和空間分辨率可與LDV及HWA比較。USTC第28頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月5粒子成像速度計(jì)(

PIV)

PIV原理USTCYX粒子第一個(gè)的像t后，粒子第二個(gè)的像t2t1t2t1第29頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月5粒子成像速度計(jì)(

PIV)典型系統(tǒng):

USTCCCD電子同步器計(jì)算機(jī)Nd:YAG激光器第30頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月5粒子成像速度計(jì)(

PIV)

激光器USTC雙YAG激光器的光路系統(tǒng)示意圖CCDYAG激光器第31頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月5粒子成像速度計(jì)(

PIV)算法USTC雙曝光的圖象第一次曝光的圖象第二次曝光的圖象第32頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月5粒子成像速度計(jì)(

PIV)算法

USTCCCD計(jì)算機(jī)流場的像100X125mm查詢區(qū)1X1mm流場的速度分布自相關(guān)、互相關(guān)第33頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月5粒子成像速度計(jì)(

PIV)

USTC（a）尾跡中的粒子圖（c）減去來流速度后的速度場（b）尾跡的速度場（d）渦量分布圖PIV定量測量的活魚尾跡流場（來流速度88mm/s，脈沖的間隔3ms，查詢區(qū)為2.74mmX2.74mm）第34頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月第8章流體壓強(qiáng)、速度

和流量的測量§8.1流體壓強(qiáng)的測量§8.2流體速度的測量§8.3

流量測量USTC第35頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月流量測量USTC流量計(jì)種類：（1）節(jié)流式流量計(jì)：孔板、文特里（2）容積式流量計(jì)：往復(fù)活塞、旋轉(zhuǎn)活塞、圓板、刮板、齒輪、薄膜（3）面積流量計(jì)：浮子（4）葉輪流量計(jì)：水表、渦輪（5）電磁流量計(jì)（6）超聲流量計(jì)（7）流體振動(dòng)流量計(jì)：渦街、渦流、射流（8）其他：熱線、皮托管、堰槽、LDV、標(biāo)記第36頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月6流量測量USTC

渦街流量計(jì)

電壓式渦街流量計(jì)

插入式渦街流量計(jì)

分體式渦街流量計(jì)

潛水型渦街流量計(jì)精度：±0.1%適用流體：液體、蒸汽（飽和、過熱）第37頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月6流量測量容積式流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)（普通11型）LC-A型鑄鐵橢圓齒輪流量計(jì)，廣泛用于各種油品及對(duì)鑄鐵不腐蝕液體介質(zhì)的計(jì)量；LC-E型鑄鋼橢圓齒輪流量計(jì)，用于高壓、低腐蝕性介質(zhì)的計(jì)量；LC-B型廣泛用于有較強(qiáng)腐蝕性液體介質(zhì)，如酸、堿、鹽及有機(jī)化合物等的計(jì)量。

USTCLC-11型橢圓齒輪流量計(jì)

第38頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月6流量測量LFX分流旋翼式蒸汽流量計(jì)精度：2%、2.5%適用流體：飽和蒸汽、微過熱蒸汽測量范圍：18-8350lg/hUSTC第39頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月6流量測量渦輪流量計(jì)進(jìn)入儀表的被測氣體，首先通過一個(gè)裝在流量計(jì)殼體內(nèi)的整流器，它不但能調(diào)整速度分布剖面，而且還能使氣體流速增大，此后氣體繼續(xù)沿流動(dòng)通道流動(dòng)并使渦輪旋轉(zhuǎn)。渦輪的角速度與渡過流量計(jì)氣體的平均流速成正比，通過齒輪組傳動(dòng)和磁性耦合聯(lián)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)流量計(jì)殼體上部的計(jì)數(shù)器顯示工作狀況下被測氣體的體積量。USTCLWQ系統(tǒng)氣體渦輪流量計(jì)第40頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月6流量測量渦輪流量計(jì)適用于測量各種燃?xì)饧肮I(yè)領(lǐng)域中的各種單相氣體，如天然氣、丙烷、丁烷、乙烯、空氣、氮?dú)獾?。儀表精度高、重復(fù)性好、安裝使用方便等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油、化工、城市燃?xì)?、冶金、礦山等部門。USTCLWQ系統(tǒng)氣體渦輪流量計(jì)第41頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月6流量測量渦輪流量計(jì)儀表前后直管段要求低（前≥3DN，≤1DN）；采用自潤滑滾珠軸承，使用維護(hù)方便；采用機(jī)械式顯示，無需電源供電，無隔爆要求；抗干擾能力強(qiáng)；使用條件:環(huán)境溫度：-30~+55℃;相對(duì)濕度：5%~95%;大氣壓力：86~106kpa;介質(zhì)溫度：-30~+80℃。USTCLWQ系統(tǒng)氣體渦輪流量計(jì)第42頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月6流量測量LDE型電磁流量計(jì)適用于石油、化工、冶金等領(lǐng)域，用于電導(dǎo)率大于5S/cm的液體流量測量。管內(nèi)無活動(dòng)及阻流部件，無壓力損失，不受介質(zhì)密度、粘度、溫度、壓力及導(dǎo)電率變化影響。低頻矩形波激勵(lì)，不受工頻干擾影響。USTCLDE型電磁流量計(jì)

第43頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月6流量測量LZ系列金屬管浮子流量計(jì)為變面積式流量計(jì)，即在流量計(jì)的垂直測量管中，當(dāng)流體向上流經(jīng)管子時(shí)，浮子向上移動(dòng)，在某一位置浮子所受升力與浮子重力達(dá)到平衡，此時(shí)浮子與孔板（或錐管）間的流通環(huán)隙面積保持一定。環(huán)隙面積與浮子的上升高度成比例，即浮子的某一高度代表流量的大小。浮子上下移動(dòng)時(shí)，以磁耦合的形式將位置傳遞到外部指示器，使指示器的指針跟隨浮子移動(dòng)，并借助凸輪板使指針線性地指示流量值的大小。

USTCLZ系列金屬管浮子流量計(jì)第44頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月6流量測量玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)是一種直讀式瞬時(shí)流量儀表。它結(jié)構(gòu)、安裝、讀數(shù)和維修都十分簡單方便而得到廣