流體壓強(qiáng)速度和流量的測量

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1、第8章流體壓強(qiáng)、速度和流量的測量§8.1流體壓強(qiáng)的測量§8.2流體速度的測量§8.3流量測量USTC§8.2流體速度的測量1風(fēng)速管和多孔探頭2風(fēng)速管標(biāo)定實(shí)驗(yàn)3熱線風(fēng)速儀4激光多普勒測速儀5粒子成像速度計(jì)USTC3熱線風(fēng)速儀HotWireAnemometer1.熱線風(fēng)速儀的工作原理2.熱線風(fēng)速儀的靜態(tài)特性3.兩種運(yùn)行方式4.熱線風(fēng)速儀的標(biāo)定USTC3熱線風(fēng)速儀熱線測速儀（HotWireAnemometer，簡稱HWA），發(fā)明于20世紀(jì)20年代。它是將流體速度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的一種測速儀器，也可用于測量流體的溫度。其基本原理是，

2、將一根細(xì)的金屬絲放在流體中，通過電流加熱金屬絲，使其溫度高于流體的溫度，因此將金屬絲稱為“熱線”。當(dāng)流體沿垂直方向流過金屬絲時(shí)，將帶走金屬絲的一部分熱量，使金屬絲溫度下降。熱線在氣流中的散熱量與流速有關(guān)，散熱量導(dǎo)致熱線溫度變化而引起電阻變化，流速信號(hào)即轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。USTC3熱線風(fēng)速儀熱線長度一般為2mm，直徑5μm，最小的探頭直徑僅1μm，長為0.2mm。材料為鉑、鎢或鉑銠合金等熔點(diǎn)高、延展性好的金屬。根據(jù)不同的用途，熱線探頭還做成雙絲、三絲、斜絲及V形、X形等。USTC3熱線風(fēng)速儀若以一片很薄(厚度小于0.1微米)的金屬膜

3、代替金屬絲，即為熱膜風(fēng)速儀，功能與熱絲相似，但多用于測量液體流速。USTC3熱線風(fēng)速儀熱線測速儀的優(yōu)點(diǎn)是：（1）體積小，對流場干擾?。唬?）頻率響應(yīng)高，可達(dá)1MHz。（3）測量精度高，重復(fù)性好。（4）適用范圍廣。不僅可用于氣體也可用于液體，在氣體的亞聲速、跨聲速和超聲速流動(dòng)中均可使用；可以測量平均速度，也可測量脈動(dòng)值和湍流量；還可以測量多個(gè)方向的速度分量。熱線測速儀的缺點(diǎn)是：探頭對流場有一定干擾，熱線容易斷裂。USTC3熱線風(fēng)速儀強(qiáng)迫對流傳熱---占主導(dǎo)地位。金（King,1914）公式：USTCViwQQ3熱線風(fēng)速儀USTC

4、3熱線風(fēng)速儀USTC金屬絲電阻隨溫度變化：3熱線風(fēng)速儀USTC熱線有兩種工作模式：①恒流式。通過熱線的電流保持不變，溫度變化時(shí)，熱線電阻改變，因而兩端電壓變化，由此測量流速；②恒溫式。熱線的溫度保持不變，如保持150℃，根據(jù)所需施加的電流可度量流速。恒溫式比恒流式應(yīng)用更廣泛。3熱線風(fēng)速儀USTC恒流式：ER2R1RWe1R2>>Rw3熱線風(fēng)速儀USTC恒溫式：R2R1R3RwI1I2IBe0V,Tw,Rw,e1,e2-e1,e0,IB,eB,I1,Tw,RW3熱線風(fēng)速儀熱線測速儀的主要用途是：（1）測量平均流動(dòng)的速度和方向。（

5、2）測量來流的脈動(dòng)速度及其頻譜。（3）測量湍流中的雷諾應(yīng)力及兩點(diǎn)的速度相關(guān)性、時(shí)間相關(guān)性。（4）測量壁面切應(yīng)力（通常是采用與壁面平齊放置的熱膜探頭來進(jìn)行的，原理與熱線測速相似）。（5）測量流體溫度（事先測出探頭電阻隨流體溫度的變化曲線，然后根據(jù)測得的探頭電阻就可確定溫度。除此以外還開發(fā)出許多專業(yè)用途。USTC3熱線風(fēng)速儀熱線探頭在使用前必須進(jìn)行校準(zhǔn)。靜態(tài)校準(zhǔn)是在專門的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞里進(jìn)行的，測量流速與輸出電壓之間的關(guān)系并畫成標(biāo)準(zhǔn)曲線；動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)是在已知的脈動(dòng)流場中進(jìn)行的，或在測速儀加熱電路中加上一脈動(dòng)電信號(hào)，校驗(yàn)熱線測速儀的頻率響應(yīng)，

6、若頻率響應(yīng)不佳可用相應(yīng)的補(bǔ)償線路加以改善。USTC4激光多普勒測速儀(LDV)LaserDopplerVelocimeter激光測速的原理是：是測量通過激光束的示蹤粒子的多普勒信號(hào)，再根據(jù)速度與多普勒頻率的關(guān)系得到粒子速度。測得了粒子的速度，也就是流動(dòng)的速度。激光測速的最主要的優(yōu)點(diǎn)是對流動(dòng)沒有任何擾動(dòng)，測量的精度高，測速范圍寬，而且由于多普勒頻率與速度是線性關(guān)系，和該點(diǎn)的溫度，壓力沒有關(guān)系，是目前世界上速度測量精度最高的儀器。USTC4激光多普勒測速儀(LDV)基本光路VUSTC4激光多普勒測速儀(LDV)條紋模型USTCf

7、xzyzyyx4激光多普勒測速儀(LDV)條紋模型USTC?V12d4激光多普勒測速儀(LDV)基本布置V激光電源聲光調(diào)制器電源計(jì)算機(jī)光電倍增管電源信號(hào)處理器放大器USTC技術(shù)指標(biāo)：測速范圍：mm/s-1000m/s測速維數(shù)：1維，2維或3維測速精度：0.1%工作光譜：514.5，488，476.5nmUSTC4激光多普勒測速儀(LDV)1．激光器：水冷氬離子激光器輸出功率：5W光束直徑：1.5mm光束發(fā)散角：0.5mrad2．分光器、光纖耦合器最大輸入光功率：10W分光光譜：514.5，488，476.5nm內(nèi)置布拉格盒

8、3．處理器最大輸入多普勒頻率：FSA3500100MHzFSA4000175MHz最低可處理信噪比：-12dB數(shù)據(jù)傳輸速率：400Mbps能夠進(jìn)行周期性流動(dòng)測量具備外部模擬/數(shù)字信號(hào)輸入功能USTC4激光多普勒測速儀(LDV)4．?dāng)?shù)據(jù)處理、顯示軟件在線實(shí)時(shí)采集顯示數(shù)據(jù)；支持