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维普资讯 第 5 期 盛森芝等 ：近十年来流动测最技术 的新发展 1 近十年来流动测量技术的新发展 盛森芝 徐月亭 袁辉靖 (北京大学特赛流动测量研究中心，北京 100871) 盛森芝，1933年出生，1957年毕业于北京大学数力系．北京大学教授，周 培源基金会理事，北京建大流体技术研 究院院长．著有 流速测量技术 一 书，曾获国家教委科技进步奖和优秀科技图书奖，是预移相型恒温风速计原 理和 IFA一900型智能流速测量系 ’的主要发明人之一，该项发明获 国家教 委科技进步奖和 国家发明奖．与美国HP公司、TSI公司合作建立 了两个现 代化的研究中心．对产、学、研相结合的方针，对基础科学、技术科学和工 程科学三者之间的关系等，有一系列独到的见解． 摘要 流动是一种跨行业、跨部 门、跨学科的现象．现代空气动力学、流体力学、热力学、水力学 以及航空航天工程、水利水电工程、热能工程、流体机械工程都提出了 一系列复杂流动 fHJ题，其中包括 高速流、低速流、管道流、燃烧流、冲击流、振荡流、涡流、湍流、旋转流、多相流等等．这些流动都 需要人们提供新的测量方法和新的量测仪器，使之能够适应单点向多点、平面向空间、稳态向瞬态、单 相向多相方向发展．这就促使人们不断利用新技术，发展新原理，采用新结构和新工艺，以改善仪器性 能，增强讯号处理能力，提高仪器的测量精度，同时简化操作技术，使之便于推J应用．近 lO年来， 伴随着光纤技术、芯片技术、激光技术、数字信号处理技术，图形、图像处理技术以及计算机技术的H 益成熟和完善，流速测量技术也随之得到了新的发展．本文就这些发展作 一扼要介绍． 关键词 热线热膜风速计 (HWFA)，激光多普勒流速计 (LDV)，相位多普勒粒子分析仪 (PDPA)， 粒子成像速度场仪 (PIV)，声学多普勒水流仪 (ADV) 1热线热膜风速计 (简称 HWFA)技术的新发展 [～4】 HWFA 的基础是一根无限长的圆柱体在无限大的流场 中的热对流理论． 1914年 King推导 了这一圆柱体的热对流方程，并且给出了方程 的解，导出了热对流耗散和流动速度之 问的关系， 这就是著名的 King公式，即 H：(A+B、／)( 一To) (1) R 其 中H 代表对流热耗散； A、B为常数； 为流动速度； 为热线或热膜的工作温度； 为环境温度． 根据热平衡原 理，热产生应该等于热耗 散，因而有 R。= ( 一To)(A+B、／) (2) 图 1传统热线热膜风速计工作原理 其 中 为加热 电流； R。为工作 电阻． 本文f 2002-06—26收到 维普资讯 2 力 学 与 实 践 2002 年 第 24 卷 根据上述方程可建立恒流式和恒温式两种形式．大体上说，20世纪 50年代 以前的风速计大 都是恒流式风速计，之后，随着 电子技术的进步，恒温风速计反应快、时间常数小的优点得到了 发挥，因而几乎垄断了整个风速计市场 ，我们称之为第二代热线热膜风速计．这种风速计其物理 模型是 Freymuth纯 电阻模型；其动态方程是三阶的非齐次方程；具有 3个 以上的调节参量，且 调节过程 中相互影响；系统很不稳定，需要做方波试验，调节麻烦，使用不便；频带也较窄，不 宜于在高频流动 中使用． 1992年 以北京大学力学系盛森芝教授为首的研究小组，提出了预移相型的 HWFA原理，并