流體壓強速度和流量測量

流體壓強速度和流量測量§8.2流體速度的測量1風速管和多孔探頭2風速管標定實驗3熱線風速儀4激光多普勒測速儀5粒子成像速度計USTC3熱線風速儀

HotWireAnemometer1.熱線風速儀的工作原理2.熱線風速儀的靜態(tài)特性3.兩種運行方式4.熱線風速儀的標定USTC3熱線風速儀熱線測速儀（HotWireAnemometer，簡稱HWA），發(fā)明于20世紀20年代。它是將流體速度信號轉變?yōu)殡娦盘柕囊环N測速儀器，也可用于測量流體的溫度。其基本原理是，將一根細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”。當流體沿垂直方向流過金屬絲時，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，散熱量導致熱線溫度變化而引起電阻變化，流速信號即轉變成電信號。USTC3熱線風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高、延展性好的金屬。根據不同的用途，熱線探頭還做成雙絲、三絲、斜絲及V形、X形等。USTC3熱線風速儀若以一片很薄(厚度小于0.1微米)的金屬膜代替金屬絲，即為熱膜風速儀，功能與熱絲相似，但多用于測量液體流速。USTC3熱線風速儀熱線測速儀的優(yōu)點是：（1）體積小，對流場干擾?。唬?）頻率響應高，可達1MHz。（3）測量精度高，重復性好。（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中均可使用；可以測量平均速度，也可測量脈動值和湍流量；還可以測量多個方向的速度分量。熱線測速儀的缺點是：探頭對流場有一定干擾，熱線容易斷裂。USTC3熱線風速儀強迫對流傳熱---占主導地位。金（King,1914）公式：USTCViwQQ3熱線風速儀USTC3熱線風速儀USTC金屬絲電阻隨溫度變化：3熱線風速儀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，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℃，根據所需施加的電流可度量流速。恒溫式比恒流式應用更廣泛。3熱線風速儀USTC恒流式：ER2R1RWe1R2>>Rw3熱線風速儀USTC恒溫式：R2R1R3RwI1I2IBe0V,Tw,Rw,e1,

e2-e1

,e0,IB,eB,I1,Tw,RW3熱線風速儀熱線測速儀的主要用途是：（1）測量平均流動的速度和方向。（2）測量來流的脈動速度及其頻譜。（3）測量湍流中的雷諾應力及兩點的速度相關性、時間相關性。（4）測量壁面切應力（通常是采用與壁面平齊放置的熱膜探頭來進行的，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熱線風速儀熱線探頭在使用前必須進行校準。靜態(tài)校準是在專門的標準風洞里進行的，測量流速與輸出電壓之間的關系并畫成標準曲線；動態(tài)校準是在已知的脈動流場中進行的，或在測速儀加熱電路中加上一脈動電信號，校驗熱線測速儀的頻率響應，若頻率響應不佳可用相應的補償線路加以改善。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，再根據速度與多普勒頻率的關系得到粒子速度。測得了粒子的速度，也就是流動的速度。激光測速的最主要的優(yōu)點是對流動沒有任何擾動，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系，和該點的溫度，壓力沒有關系，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USTCfxzyzyyx4激光多普勒測速儀(LDV)條紋模型USTCV12d4激光多普勒測速儀(LDV)基本布置V激光電源聲光調制器電源計算機光電倍增管電源信號處理器放大器USTC技術指標：

測速范圍：mm/s-1000m/s

測速維數：1維，2維或3維

測速精度：0.1%

工作光譜：514.5，488，476.5nm

USTC4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

內置布拉格盒3．處理器最大輸入多普勒頻率：FSA3500100MHzFSA4000175MHz

最低可處理信噪比：-12dB

數據傳輸速率：400Mbps

能夠進行周期性流動測量

具備外部模擬/數字信號輸入功能USTC4激光多普勒測速儀(LDV)4．數據處理、顯示軟件

在線實時采集顯示數據；支持數據回放；支持周期性流動測量；支持各種速度統(tǒng)計：平均速度、均方根、剪應力、湍流度；支持粒徑統(tǒng)計：平均粒徑、D32、體積通量；各統(tǒng)計參數關聯分布；提供各參數的自相關、互相關、功率譜分析；支持數據導出5．移動坐標架、探頭安裝導軌及控制器

行程：600X600X600mm；含探頭安裝支架及控制器；電纜長度：滿足工作場地要求；位置分辨率：0.01mm；承重：50公斤以上；控制方式：完全計算機控制USTC4激光多普勒測速儀(LDV)4相位多普勒粒子分析儀（PDPA）

PhaseDopplerParticleAnalyzer相位多普勒粒子分析儀顧名思義是利用多普勒效應來測量運動粒子的相關特性。它是由激光多普勒測速儀發(fā)展而來的，至今已有近二十年的歷史。PDPA所依據的基本光學原理是Lorenz－Mie散射理論。如同聲波的多普勒效應一樣，光源與物體相對運動也具有多普勒效應。在PDPA中，依靠運動微粒的散射光與照射光之間的頻差來獲得速度信息，而通過分析穿越激光測量體的球形粒子反射或折射的散射光產生的相位移動來確定粒徑的大小。USTC4相位多普勒粒子分析儀（PDPA）

PhaseDopplerParticleAnalyzer儀器包括320mw氬離子風冷激光器、激光耦合器、RSA信號處理器、數據處理系統(tǒng)以及激光發(fā)射和接收器等。一般情況下，它的測速范圍是-90～283m/s，可測粒徑范圍是0.5～90μm，此范圍還可通過更換發(fā)射鏡頭加以擴大。USTC4相位多普勒粒子分析儀（PDPA）USTC處理器激光器發(fā)射器接受透鏡光電倍增管4相位多普勒粒子分析儀（PDPA）mP=2P=0P=1USTC5粒子成像速度計(

PIV)

ParticleImageVelocimeter

什么是PIV1.PIV是一種在流場中同時多點（如數千點）測量流體或粒子速度矢量的光學圖象技術。

2.通常在流場的“平面薄片”中進行測量。

3.精度和空間分辨率可與LDV及HWA比較。USTC5粒子成像速度計(

PIV)

PIV

原理USTCYX粒子第一個的像t后，粒子第二個的像t2t1t2t15粒子成像速度計(

PIV)

典型系統(tǒng):

USTCCCD電子同步器計算機Nd:YAG激光器5粒子成像速度計(

PIV)

激光器USTC雙YAG激光器的光路系統(tǒng)示意圖CCDYAG激光器5粒子成像速度計(

PIV)

算法USTC雙曝光的圖象第一次曝光的圖象第二次曝光的圖象5粒子成像速度計(

PIV)算法

USTCCCD計算機流場的像100X125mm查詢區(qū)1X1mm流場的速度分布自相關、互相關5粒子成像速度計(

PIV)

USTC（a）尾跡中的粒子圖（c）減去來流速度后的速度場（b）尾跡的速度場（d）渦量分布圖PIV定量測量的活魚尾跡流場（來流速度88mm/s，脈沖的間隔3ms，查詢區(qū)為2.74mmX2.74mm）第8章流體壓強、速度

和流量的測量§8.1流體壓強的測量§8.2流體速度的測量§8.3

流量測量USTC流量測量USTC流量計種類：（1）節(jié)流式流量計：孔板、文特里（2）容積式流量計：往復活塞、旋轉活塞、圓板、刮板、齒輪、薄膜（3）面積流量計：浮子（4）葉輪流量計：水表、渦輪（5）電磁流量計（6）超聲流量計（7）流體振動流量計：渦街、渦流、射流（8）其他：熱線、皮托管、堰槽、LDV、標記6流量測量USTC

渦街流量計

電壓式渦街流量計

插入式渦街流量計

分體式渦街流量計

潛水型渦街流量計精度：±0.1%適用流體：液體、蒸汽（飽和、過熱）6流量測量容積式流量計橢圓齒輪流量計（普通11型）LC-A型鑄鐵橢圓齒輪流量計，廣泛用于各種油品及對鑄鐵不腐蝕液體介質的計量；LC-E型鑄鋼橢圓齒輪流量計，用于高壓、低腐蝕性介質的計量；LC-B型廣泛用于有較強腐蝕性液體介質，如酸、堿、鹽及有機化合物等的計量。

USTCLC-11型橢圓齒輪流量計6流量測量LFX分流旋翼式蒸汽流量計精度：2%、2.5%適用流體：飽和蒸汽、微過熱蒸汽測量范圍：18-8350lg/hUSTC6流量測量渦輪流量計進入儀表的被測氣體，首先通過一個裝在流量計殼體內的整流器，它不但能調整速度分布剖面，而且還能使氣體流速增大，此后氣體繼續(xù)沿流動通道流動并使渦輪旋轉。渦輪的角速度與渡過流量計氣體的平均流速成正比，通過齒輪組傳動和磁性耦合聯動裝置驅動流量計殼體上部的計數器顯示工作狀況下被測氣體的體積量。USTCLWQ系統(tǒng)氣體渦輪流量計6流量測量渦輪流量計適用于測量各種燃氣及工業(yè)領域中的各種單相氣體，如天然氣、丙烷、丁烷、乙烯、空氣、氮氣等。儀表精度高、重復性好、安裝使用方便等特點，廣泛應用于石油、化工、城市燃氣、冶金、礦山等部門。USTCLWQ系統(tǒng)氣體渦輪流量計6流量測量渦輪流量計儀表前后直管段要求低（前≥3DN，≤1DN）；采用自潤滑滾珠軸承，使用維護方便；采用機械式顯示，無需電源供電，無隔爆要求；抗干擾能力強；使用條件:環(huán)境溫度：-30~+55℃;相對濕度：5%~95%;大氣壓力：86~106kpa;介質溫度：-30~+80℃。USTCLWQ系統(tǒng)氣體渦輪流量計6流量測量LDE型電磁流量計適用于石油、化工、冶金等領域，用于電導率大于5S/cm的液體流量測量。管內無活動及阻流部件，無壓力損失，不受介質密度、粘度、溫度、壓力及導電率變化影響。低頻矩形波激勵，不受工頻干擾影響。USTCLDE型電磁流量計

6流量測量LZ系列金屬管浮子流量計為變面積式流量計，即在流量計的垂直測量管中，當流體向上流經管子時，浮子向上移動，在某一位置浮子所受升力與浮子重力達到平衡，此時浮子與孔板（或錐管）間的流通環(huán)隙面積保持一定。環(huán)隙面積與浮子的上升高度成比例，即浮子的某一高度代表流量的大小。浮子上下移動時，以磁耦合的形式將位置傳遞到外部指示器，使指示器的指針跟隨浮子移動，并借助凸輪板使指針線性地指示流量值的大小。

USTCLZ系列金屬管浮子流量計6流量測量玻璃轉子流量計是一種直讀式瞬時流量儀表。它結構、安裝、讀數和維修都十分簡單方便而得到廣泛應用。目前玻璃轉子流量計已廣泛用于石油、化纖、醫(yī)藥、食品、染料、化肥、造紙等工業(yè)及科研部門測量單相，非脈動液體(氣體、液體)流量。USTCLZB型玻璃轉子流量計6流量測量管段式超聲