课程资料slides.ppt

速度测量 高南 2014年3月19日 内容 毕托管 激光粒子测速仪 激光多普勒测速仪 数据采集和处理 毕托管 平均压强 热线风速仪Hot-Wire Anemometry 测量流场的平均和脉动速度 修改过的电路可以测量平均和脉动温度 热线工作原理Principles of operation 细小的金属丝(一般为钨丝或者白金丝)处于来流速度U的流场中. 当电流通过金属丝, 会生成热 (I2Rw). 当进入平衡状态，这些热被对流换热带走 恒温测量系统Constant Temperature Anemometer CTA 原理: 传感器的电阻被放大器维持恒定 优点(对比恒流测量系统): - 简单易用 - 高频率响应 - 低噪 - 被广泛接收 缺点: - 价格高于恒流系统 控制方程 Governing equation I Governing Equation: E = 金属丝热能thermal energy stored in wire E = CwmT Cw = 金属丝比热heat capacity of wire m = 金属丝质量 mass of wire W = 发热量power generated by Joule heating W = I2 Rw 而 Rw = Rw(Tw) H =换热量heat transferred to surroundings 探头分类 对探头的要求 热线的标定 标定-找到流场速度和传感器输出的一个函数关系 U=f(E) 热膜标定 典型的标定曲线 热线标定曲线 回归曲线Curve fit (velocity U as function of output voltage E): U = C0 + C1E + C2E2 + C3E3 + C4E4 应对方法:探头被污染 热线容易被以下物质污染 灰尘dust particles 油滴 oil vapours 化学物质chemicals 导致 敏感度下降，标定曲线偏移 热线响应速度下降 解决办法Cure 清理热线 Clean the sensor 重新标定 Recalibrate 利用照相的方法测量流场速度 连续拍摄两张照片 间隔时间已知 距离通过图片求得 可得物体移动速度 这就是PIV基本原理 Particle Image Velocimetry (PIV) PIV利用电子拍照，数据处理等现代方法 是一个全流场测量技术, 它在一个平面内给出一个瞬时的流场速度 一般测量两个速度分量 如果使用stereoscopic方法可以测量这个平面的三维速度 PIV 原理 PIV测量过程 PIV数据处理 Fundamentals of stereo vision Left / Right 2D vector maps 3D reconstruction Laser Doppler Anemometry激光多普勒测量仪 Introduction to principles and applications 特点Characteristics of LDA Yeh and Cummins in 1964首创 流体力学速度研究 (gas, liquid) 可以测到三维 不影响流场Non-intrusive measurements (optical technique) 无须标定 (no calibration required) 高精度Very high accuracy 高分辨率Very high spatial resolution due to small measurement volume 需要示踪粒子Tracer particles are required 用途Applications of LDA 层流，湍流Laminar and turbulent flows 空气动力学Investigations on aerodynamics 超音速Supersonic flows 燃气轮机，汽车Turbines, automotive etc. 液体流动Liquid flows 液体表面速度，振动研究Surface velocity and vibration measurement 高温环境Hot environments (flames, plasma etc.) 粒子速度Velocity of particles 以及很多，很多...etc., etc., etc. LDA - Fringe model 条纹模型 两条激光交汇形成干涉条纹 明暗相间 LDA Fibre optic