《流速測(cè)量》PPT課件

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1、第七章流速測(cè)量學(xué)習(xí)要求要求掌握常用的流速流量測(cè)量方法及相關(guān)測(cè)量?jī)x表(主要掌握皮托管測(cè)速、熱線流速儀）的組成及測(cè)量原理。流速測(cè)量在熱能動(dòng)力機(jī)械工程中的意義研究：進(jìn)排氣管、燃燒室內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)對(duì)工作過(guò)程的影響；水泵葉輪內(nèi)的水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律鍋爐、換熱器內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律傳熱傳質(zhì)學(xué)研究，芯片散熱問(wèn)題監(jiān)控：水文監(jiān)測(cè)第一節(jié)皮托管測(cè)速發(fā)展過(guò)程1732年法國(guó)工程師HenriPitot發(fā)現(xiàn)一段密封的直管迎著流動(dòng)的流體，可測(cè)出流體總壓，減去靜壓能算出流速，發(fā)明了原始的皮托管；1905年德國(guó)大流體力學(xué)家L.Prandtl修改了HenriPitot發(fā)明，與今天的皮托管結(jié)構(gòu)一樣，能直接

2、測(cè)出流體的總壓和靜壓之差——?jiǎng)訅?，直接算出流速，但仍稱皮托管；1920年后，英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室（NPL)對(duì)皮托管的結(jié)構(gòu)、特性作了詳細(xì)研究，為制定皮托管的標(biāo)準(zhǔn)奠定了基礎(chǔ)；1943年英國(guó)出臺(tái)皮托管國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；1977年ISO頒布關(guān)于用皮托管測(cè)速的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO3966—1977由于皮托管的主要測(cè)量對(duì)象為氣體，故又稱風(fēng)速管。皮托管測(cè)速的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，制造使用方便；在一定的流速范圍內(nèi)，測(cè)量精度高；對(duì)來(lái)流方向不太敏感；頻率相應(yīng)慢，只能測(cè)量穩(wěn)定流動(dòng)一.基本構(gòu)造和測(cè)量原理總壓力靜壓力(靜壓)動(dòng)壓力(動(dòng)壓)1.測(cè)量原理對(duì)不可壓縮流體的一維等高度的管流，有伯

3、努里方程：靜壓+動(dòng)壓=總壓=常數(shù)考慮到總壓和靜壓的測(cè)量誤差，需要修正。ζ為校準(zhǔn)系數(shù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)皮托管：ζ=1.01～1.02對(duì)于氣體，可看成理想氣體，測(cè)出壓力和溫度后可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體參數(shù)算出密度：用馬赫數(shù)Ma表示可壓縮氣體流速：當(dāng)氣流馬赫數(shù)Ma大于0.3時(shí)，須進(jìn)行壓縮性修正。ε為壓縮性修正系數(shù)。Ma0.10.20.30.40.60.81.0ε0.00250.01000.02250.04000.090000.17300.27502.結(jié)構(gòu)型式直角型（L形）皮托管帶半圓形頭部的標(biāo)準(zhǔn)皮托管帶錐形頭部的皮托管，高速氣流測(cè)量，防頭部發(fā)生脫體激波P0總壓力P靜壓

4、力(靜壓)3.笛形管測(cè)速的基本原理流量較大，雷諾數(shù)較大時(shí)，邊界層厚度較小，p可近似得到，誤差工程上允許P0總壓力P靜壓力(靜壓)吸氣式（負(fù)壓管道）遮板式（高塵氣流）靠背式（高塵氣流）對(duì)皮托管的要求：盡可能保證總壓孔和靜壓孔接收到的壓力真正是被測(cè)點(diǎn)的總壓力和靜壓力。靜壓孔N的位置對(duì)測(cè)量值的影響皮托管頭部繞流使后方實(shí)測(cè)靜壓力降低皮托管立桿滯流使前方實(shí)測(cè)靜壓升高存在一個(gè)開孔位置正好使上述兩種影響互相抵消，使實(shí)測(cè)靜壓正好等于皮托管放入前該點(diǎn)的靜壓值其他影響因素總壓孔大小靜壓孔數(shù)量、形狀探頭與立桿的連接方式保證測(cè)量準(zhǔn)確度的方法嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)制造皮托管、做試驗(yàn)標(biāo)定

5、二、二維氣流速度的測(cè)量1.要求能測(cè)出平面流動(dòng)的方向和數(shù)值2.三孔測(cè)速管結(jié)構(gòu)三孔感壓探頭總壓孔（居中）方向孔（兩側(cè)）干管傳壓管分度盤探頭形狀：球形尖劈形圓柱形：普通發(fā)散聚合3.測(cè)量原理流體繞流圓柱體的壓力分布得：圓柱三孔測(cè)速管探頭總壓孔與方向孔的夾角為450時(shí)，方向靈敏度最高。這時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)干管，使：三.皮托管的標(biāo)定1.校準(zhǔn)風(fēng)洞射流式校準(zhǔn)風(fēng)洞組成：穩(wěn)流段，收斂器。A、B兩點(diǎn)處總壓相等。第二節(jié)熱線流速儀測(cè)速主要用途用于測(cè)量氣體的平均流速、脈動(dòng)速度和流動(dòng)方向。主要優(yōu)點(diǎn)幾何尺寸較小，對(duì)氣體流動(dòng)干擾小，可測(cè)量一般探針難以測(cè)量的地方；熱慣性小，特別適合氣流脈動(dòng)（如葉

6、柵后的氣流尾跡）測(cè)量。1.構(gòu)造探頭：熱線、熱膜一元、二元、三元鉑、鎢、鉑鐒、鉑銥信號(hào)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)2.對(duì)探頭材料的要求電阻溫度系數(shù)大機(jī)械強(qiáng)度高電阻率高熱傳導(dǎo)率小最高可用溫度高材料單位鎢鉑鉑鐒鉑銥成分%10010090-1080-20電阻溫度系數(shù)Ω/0C0.00350.00360.00160.0008最大可用溫度0C300800850750抗拉強(qiáng)度MPa42002461000典型可用直徑μm50.5-11010電阻率10-6Ωcm5.51018.432熱傳導(dǎo)率W/mK1786950.125.5一.基本構(gòu)造主要原理通電探頭在流體中的換熱規(guī)律。忽略軸向?qū)?/p>

7、熱、輻射換熱，只考慮熱絲（膜）與流體的對(duì)流換熱，有關(guān)系：熱絲（膜）電功率=對(duì)流換熱量恒定電流通過(guò)電阻絲（熱線）時(shí)，熱線發(fā)熱熱線溫度高低變化，電阻值隨之發(fā)生變化氣體流過(guò)發(fā)熱體時(shí)，會(huì)帶走部分熱量，發(fā)熱體降溫；氣流帶走熱量多少與風(fēng)速大小有關(guān)系可根據(jù)熱線的電阻大小來(lái)確定氣流速度值2.實(shí)際測(cè)量熱線阻值變化，電橋輸出電壓變化，氣體流速可確定；電壓變化與氣體流速大小的關(guān)系在標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞中標(biāo)定。二.熱線風(fēng)速儀工作原理三.熱線風(fēng)速儀的種類1.恒溫(恒電阻)式熱線風(fēng)速儀氣體速度變化熱線溫度變化熱線阻值變化電橋電路失衡輸出電壓變化控制電阻值R變化熱線電流恢復(fù)熱線電阻恢復(fù)R電

8、阻變化量確定流速電橋恢復(fù)平衡熱線溫度恢復(fù)2.恒流式型熱線風(fēng)速儀氣體速度變化熱線溫度變化熱線阻值變化橋臂電流變化電橋電路失衡