USTC 5 粒子成像速度计( PIV) PIV 原理USTC.PPT

第8章 流体压强、速度和流量的测量 §8.1 流体压强的测量 §8.2 流体速度的测量 §8.3 流量测量 §8.2 流体速度的测量 1 风速管和多孔探头 2 风速管标定实验 3 热线风速仪 4 激光多普勒测速仪 5 粒子成像速度计 3 热线风速仪Hot Wire Anemometer 1. 热线风速仪的工作原理 2. 热线风速仪的静态特性 3. 两种运行方式 4.热线风速仪的标定 3 热线风速仪 热线测速仪（Hot Wire Anemometer，简称HWA），发明于20世纪20年代。它是将流体速度信号转变为电信号的一种测速仪器，也可用于测量流体的温度。 其基本原理是，将一根细的金属丝放在流体中，通过电流加热金属丝，使其温度高于流体的温度，因此将金属丝称为“热线”。当流体沿垂直方向流过金属丝时，将带走金属丝的一部分热量，使金属丝温度下降。热线在气流中的散热量与流速有关，散热量导致热线温度变化而引起电阻变化，流速信号即转变成电信号。 3 热线风速仪 热线长度一般为2mm，直径5μm ，最小的探头直径仅1μm，长为0.2 mm。 材料为铂、钨或铂铑合金等熔点高、延展性好的金属。 根据不同的用途，热线探头还做成双丝、三丝、斜丝及V形、X形等。 3 热线风速仪 若以一片很薄(厚度小于0.1微米)的金属膜代替金属丝，即为热膜风速仪，功能与热丝相似，但多用于测量液体流速。 3 热线风速仪 热线测速仪的优点是： （1）体积小，对流场干扰小； （2）频率响应高，可达1 MH z。 （3）测量精度高，重复性好。 （4）适用范围广。不仅可用于气体也可用于液体，在气体的亚声速、跨声速和超声速流动中均可使用；可以测量平均速度，也可测量脉动值和湍流量；还可以测量多个方向的速度分量。 热线测速仪的缺点是： 探头对流场有一定干扰，热线容易断裂。 3 热线风速仪 强迫对流传热---占主导地位。 金（King, 1914）公式： 3 热线风速仪 3 热线风速仪 金属丝电阻随温度变化： 3 热线风速仪 3 热线风速仪 3 热线风速仪 3 热线风速仪 热线测速仪的主要用途是： （1）测量平均流动的速度和方向。 （2）测量来流的脉动速度及其频谱。 （3）测量湍流中的雷诺应力及两点的速度相关性、时间相关性。 （4）测量壁面切应力（通常是采用与壁面平齐放置的热膜探头来进行的，原理与热线测速相似）。 （5）测量流体温度（事先测出探头电阻随流体温度的变化曲线，然后根据测得的探头电阻就可确定温度。除此以外还开发出许多专业用途。 3 热线风速仪 热线探头在使用前必须进行校准。静态校准是在专门的标准风洞里进行的，测量流速与输出电压之间的关系并画成标准曲线；动态校准是在已知的脉动流场中进行的，或在测速仪加热电路中加上一脉动电信号，校验热线测速仪的频率响应，若频率响应不佳可用相应的补偿线路加以改善。 4 激光多普勒测速仪(LDV)Laser Doppler Velocimeter 激光测速的原理是：是测量通过激光束的示踪粒子的多普勒信号，再根据速度与多普勒频率的关系得到粒子速度。测得了粒子的速度，也就是流动的速度。 激光测速的最主要的优点是对流动没有任何扰动，测量的精度高，测速范围宽，而且由于多普勒频率与速度是线性关系，和该点的温度，压力没有关系，是目前世界上速度测量精度最高的仪器。 4 激光多普勒测速仪(LDV) 基本光路 4 激光多普勒测速仪(LDV) 条纹模型 4 激光多普勒测速仪(LDV) 条纹模型 4 激光多普勒测速仪(LDV) 基本布置 4 激光多普勒测速仪(LDV) 技术指标：测速范围：mm/s-1000m/s测速维数：1维，2维或3维测速精度：0.1%工作光谱：514.5，488，476.5nm 4 激光多普勒测速仪(LDV) 2．分光器、光纤耦合器最大输入光功率：10W分光光谱：514.5，488，476.5nm内置布拉格盒 3．处理器 最大输入多普勒频率：FSA3500 100MHz FSA4000 175MHz最低可处理信噪比：-12dB数据传输速率：400Mbps能够进行周期性流动测量具备外部模拟/数字信号输入功能 4 激光多普勒测速仪(LDV) 4．数据处理、显示软件在线实时采集显示数据；支持数据回放；支持周期性流动测量；支持各种速度统计：平均速度、均方根、剪应力、湍流度；支持粒径统计：平均粒径、D32、体积通量；各统计参数关联分布；提供各参数的自相关、互相关、功率谱分析；支持数据导出 5．移动坐标架、探头安装导轨及控制器行程：600X600X600mm；含探头安装支架及控制器；电缆长度：满足工作场地要求；位置分辨率：0.01mm；承重：50公斤以上；控制方式：完全计算机控制 4 相位多普勒粒子分析仪（