热工测试技术 流速测量ppt课件.ppt

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1、第七章、流速测量热工测试技术本章学习要求：1.了解测速的基本方法2.Pitot管测速的基本原理及构造3.热线、激光多普勒、粒子图像测速技术的基本原理及各自特点第七章、流速测量流速的测量方法机械方法－>机械式风速仪动力测压法－>皮托管散热率法－>热线风速仪激光测速法－>激光多普勒测速仪粒子图像测速法－>PIV机械方法测量流速机械方法测量流速是根据置于流体中的叶轮的旋转角速度与流体的流速成正比的原理来进行流速测量的。机械式风速仪是利用叶轮测量流速的实例翼型和杯型第七章、流速测量机械式风速仪可用来测定仪表所在位置的气流速度，也可用于大型管道中气流的速

2、度场，尤其适用于相对湿度较大的气流速度的测定。第七章、流速测量第七章、流速测量7.1皮托管测速技术基本概念：在静止气体中，由于不存在切向力，故这个力与所取面积的方向无关，称为静压力。总压力是指流体在某点速度等熵滞止到零时所达到的压力。滞止压力是指在没有外力的作用下，流体速度绝热地减速到零时所产生的压力，此时，流体的全部动能全部绝热地转变成压力能。总压与静压之差称为动压7.1皮托管测速技术一、基本构造和测速原理应用动力测压法测量流速的压力感受元件为测压管由总压探头和静压探头组成也叫动压管、风速管7.1皮托管测速技术伯努利方程式不可压缩流体7.1皮

3、托管测速技术可压缩气体皮托管的使用上限不超过相当于马赫数为0.25时的流速，否则要考虑流体压缩性皮托管的使用下限为被测量的流速在总压孔直径上的雷诺数需超过2007.1皮托管测速技术测量大尺寸管道的平均流速7.1皮托管测速技术特殊用途皮托管遮板式背靠式7.1皮托管测速技术二、二维气流速度的测量能同时测出流体的总压及流速的大小和方向的测压管称为复合测压管常用三孔测速管：三孔感压球形探头、干管、传压管和分度盘7.1皮托管测速技术7.1皮托管测速技术三孔感压探头有：圆柱形、球形、尖劈形中间开有总压孔，两侧开有方向孔7.1皮托管测速技术总压孔测量流体总压

4、方向孔测量流动方向2Φ＝90°时，敏感性最高计算流速7.1皮托管测速技术测量空间流动速度的大小和方向及流体的压力，常用球形五孔测速管、管束形五孔测速管和楔形五孔测速管。7.1皮托管测速技术在校正风洞中用比较法进行标定，它将被标定的仪表测得的数据与标准仪表测得的数据相比较，就可得出被标定的仪表的修正系数或特性曲线。三、皮托管的标定7.2热线（热膜）测速技术（HotwireAnemometer，简称HWA）一、基本构造探头、信号和数据处理系统第七章、流速测量基本原理：利用散热率法测量流速，是将发热的测速传感器置于被测流体中，利用发热的测速传感器的散

5、热率与流体流速成比例的特点，通过测定传感器的散热率来获得流体的流速。7.2热线（热膜）测速技术7.2热线（热膜）测速技术7.2热线（热膜）测速技术热线热膜风速仪--利用放置在流场中具有加热电流的细金属丝(直径3.8μm-5μm，长度1-2mm)来测量风速的仪器。它是建立在热平衡原理基础上的。热线材料的要求（铂丝、钨丝）–电阻温度系数要高–机械强度要好–电阻率要大–热传导率要小–最大可用温度要高7.2热线（热膜）测速技术•热线探头--将金属丝的两端焊接到两根叉杆上,叉杆的另一端引出线,再加上保护罩并且在保护罩和叉杆之间装以绝缘填料,就构成了热线探

6、头。起敏感元件作用的只有中间部分。热线的主要优点--利用极细的金属丝做成具有较大长度直径比的探针，既减少热传导的影响，又具有相当好的空间分辨率。频率响应高。7.2热线（热膜）测速技术•热膜探头--由热膜、衬底、绝缘层和导线几部分构成。所谓热膜就是喷溅在衬底上的一层很薄的铂金膜（0.1mm），用熔焊方法将它固定在楔形或圆柱形石英骨架上，其上加有加热电流。热膜探头的特点：–频率响应范围比热线窄。上限仅为100kHz–工作温度较低，只比环境温度高20度–工艺复杂，制造困难–机械强度比热线高–受振动的影响小，不存在内应力的问题–阻值可由控制热膜厚度来调

7、节–热传导损失较小热膜探头的优点–不易被打断或碰伤–细微粒不会折断热膜–有效地拉紧，重复性好。7.2热线（热膜）测速技术二元、三元探头不同类型的热膜探头7.2热线（热膜）测速技术连续流中金属丝的热耗散规律热传导过程---在设计中使之最小热辐射过程---温差小自由对流过程---流速大强迫对流过程7.2热线（热膜）测速技术二、热线风速仪的工作原理热线风速仪是利用通电的热线探头在流场中的热量散失强度与气流速度之间的关系来测量流速的。设流过热线的电流为I,热线的电阻为Rw,则热线产生的热量是：当热线探头置于流场中时，流体对热线有冷却作用。根据牛顿公式，

8、热线散失的热量为根据热平衡原理，可写出热线的能量守衡方程：其中，a、b、n为常数；热电阻RW与温度有如下关系：带入上式，有：7.2热线（热膜）测速技术