第七章 流速测量071202：.ppt

第七章 流速测量 测量工作介质在某些特定区域的流速，以研究其流动状态对工作过程和性能的影响。 如进排气管道的流动特性、燃烧室内的气流运动对燃烧速度和燃烧质量的影响等。 测量方法： 1、皮托管测速； 2、热线流速仪测速； 3、激光多普勒流速仪测速等。 第一节 皮托管测速 皮托管的命名：用发明者、法国工程师Hcnri Pitot的名字命名。由于其主要测量对象为气体，因些又有风速管之称。 皮托管的特点： （1）结构简单，制造使用方便，价格低廉； （2）在一定的速度范围内可达到较高的测量精度。 地位：是热能与动力机械中最常用的传统流速测量手段。 皮托管基本构造 1 总压探头 2 总压连接管 3 总压表接头 4 静压探头 5 静压连接管 6 静压表接头 探头的头部尺寸： 受工艺、刚度、强度和仪器惯性等因素的限制，目前最小的皮托管头部直径约为0.1~0.2mm。 皮托管测速原理 利用流体总压与静压之差，即动压来测量流速，故也称动压管。 根据不可压缩流体的伯努利方程，流体参数在同一流线上有着如下关系 式中，p0、p分别为流体的总压和静压；为流体密度；v为流体流速。由上式可得 可见，只要测得流体的总压和静压，或它们之差，即可计算流体的流速，这就是皮托管测速的基本原理。 公式修正 考虑到总压和静压的测量误差，引入皮托管的较准系数 合理地调整皮托管各部分的几何尺寸，可以使得总压、静压的测量误差接近于零。例如，图示的标准皮托管是迄今为止最完善的一种，其校准系数为1.01~1.02，且在较大的流动马赫数Ma和雷诺数Re范围内保持定值。 当气体流动的马赫数Ma＞0.3时，还应考虑气体的压缩性效应，些时可用下式进行流速计算 式中，为气体的压缩性修正系数，可由表查取。 三、皮托管的标定 皮托管的标定可在校准风洞中进行，校准风洞有吸入式、射流式、吸入—射流复合式以及正压式等多种类型，其中最常用的是射流式风洞。射流式校准风洞的工作段是开式的，它由稳流段1和收敛器3构成，稳流段内装有整流网和整流栅格。压缩空气先通过稳流段，再通过收敛器后形成一自由射流。 皮托管的标定步骤 1）安装好被标定的皮托管，使皮托管的总孔轴一对冷校准风洞的轴线，然后连接好测量管路。 2）合理选择标定流速的范围，记录各稳定气流流速下校准风洞的标准动压值和被标一皮托管的动压值。 3）整理记录数据，或拟合成标定方程，或绘制成标定曲线，以备查用。当与之间呈线性关系时，可以直接求出皮托管的标定系数。 第二节 热线流速仪测速 特点： 1. 几何尺寸较小； 2. 热惯性较小，反应灵敏； 3.使流速的量程扩大到500m/s、脉动频率上限提高到80kHz，大大扩展了热线流速仪的应用范围； 4.便于与计算机联用，简化人工整理工作。 用途： 1、可用于微风速（如冷库和空调房内的风速）； 2、脉动速度（如内燃机燃烧室内的湍流强度和压气机的旋转失速）； 3、皮托管难以安装的场合。 一、基本构造 组成： 热线流速仪由探头、测量电路、信号和数据处理系统构成。 分类： 1、按结构分：为热线和热膜两种，均由电阻值随温度变化的热敏材料构成。 2、按适用范围分：对分别适用于一维、平面和空间流场流速测量的探头，分别称为一元探头、二元探头和三元探头。 探头常见的结构形式 热线探头：热线材料多为铂丝和钨丝。其一般的几何尺寸范围为：直径3.8~5μm，长度1~2mm。这种十分纤细的金属丝被焊在两根支杆上，通过绝缘座引出接线。为避免热线受气流沿支杆绕流的干扰，热线两端靠近支杆的部分有时涂覆合金膜，而仅留中间部分作为敏感材料。 热膜探头：由熔焊在楔形或圆柱形石英骨上的铬或铂金属膜构成，其机械强度比热线探头高，可承受的电流也较大，能用于液体或带有颗粒的气流流速的测量，但其尺寸相对较大，因而响应速度不及热线探头高。 二、工作原理 热线流速仪是利用通电的探头在气流中的热量散失强度与气流速度之间的关系来测量流速的。工作时，若通过热线的电流为I，热线的电阻为Rw，相应的热线温度为Tw，则热线产生的焦耳热为I2Rw。假定热线在流体中的热量散失主要靠其与流体间的强迫对流换热，而不考虑热线的导热和辐射损失，则在热平衡条件下有 式中，h为热线与被测流体之间的表面传热系数，与流体的流速、热导率、粘度等参数有关；F为热线的换热面积；Tf为被测流体的温度。 一般