氣流的測量教材

氣流的測量風(fēng)向風(fēng)速儀風(fēng)速表和風(fēng)向標(biāo)風(fēng)杯風(fēng)速計和風(fēng)向標(biāo)風(fēng)杯風(fēng)速計和風(fēng)向標(biāo)螺旋漿式風(fēng)速風(fēng)向計超聲風(fēng)速儀＆1概述一、基本知識

1.風(fēng)：大氣相對地面運(yùn)動的水平分量叫作風(fēng)。

2.風(fēng)速：單位時間氣流運(yùn)動距離叫做風(fēng)速。

3.風(fēng)向：風(fēng)的來向，共計16個方位。二、為什么測風(fēng)？三、測風(fēng)儀器

1.臺站：EL電接風(fēng)向風(fēng)速計、手持風(fēng)向風(fēng)速計、雷達(dá)測風(fēng)、氣球測風(fēng)；

2.研究：超聲風(fēng)速計、熱線風(fēng)速儀、氣球測風(fēng)；平均值：一定時段內(nèi)的平均瞬時值：相當(dāng)短的取樣時段內(nèi)平均天氣報告中的風(fēng)速指2min中的平均風(fēng)速風(fēng)向用16個方位表示當(dāng)風(fēng)速低于0.25m/s時稱為靜風(fēng)。風(fēng)級的劃分標(biāo)準(zhǔn)16個方位＆2風(fēng)向的測量原理1.風(fēng)向標(biāo)及風(fēng)向測量風(fēng)向標(biāo)由指向桿、平衡重錘、旋轉(zhuǎn)軸和風(fēng)尾組成。增加靈敏度：減少軸摩擦、加大尾翼、加長后桿。對風(fēng)向標(biāo)的結(jié)構(gòu)和造型主要考慮：

1.靈敏性：有良好的起動性能。

2.動態(tài)特性：有良好的動態(tài)性能，迅速跟蹤風(fēng)向變化。結(jié)構(gòu)風(fēng)尾指向桿平衡重錐旋轉(zhuǎn)主軸原理測風(fēng)向原理為在風(fēng)壓力和空氣阻尼的共同作用下趨向?qū)嶋H風(fēng)向。＆3旋轉(zhuǎn)風(fēng)速計原理旋轉(zhuǎn)風(fēng)杯風(fēng)速計的感應(yīng)原理一般由三個半球型的空心杯殼組成,杯殼固定在互成120度的支架上,杯的凹面順著一個方向排列,支架固定在垂直的旋轉(zhuǎn)軸上。

在穩(wěn)定的風(fēng)力作用下,風(fēng)杯受到扭力矩而開始旋轉(zhuǎn),它的轉(zhuǎn)速與風(fēng)速成一定關(guān)系。風(fēng)車（螺旋槳）風(fēng)速計的感應(yīng)原理

在風(fēng)向尾翼的作用下，葉片旋轉(zhuǎn)平面始終對準(zhǔn)風(fēng)的來向。葉片系統(tǒng)受到風(fēng)壓的作用，產(chǎn)生一定的扭力矩，使葉片旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)速與外界風(fēng)速成正比。

常見形式：風(fēng)杯風(fēng)速計風(fēng)車風(fēng)速計和旋槳式風(fēng)速計EL型電接風(fēng)向風(fēng)速計結(jié)構(gòu)感應(yīng)器指示器記錄器安裝檢查設(shè)備安裝于10~12m高桿，附避雷裝置感應(yīng)器中軸垂直，方位指南桿指南輕便風(fēng)向風(fēng)速表＆4散熱式風(fēng)速計原理一、熱線風(fēng)速計其中：Rt為加熱后金屬絲阻值；t為金屬絲溫度；

Rθ為金屬絲在環(huán)境溫度下阻值；θ：環(huán)境溫度。

被加熱的金屬絲在氣流中散熱，它的散熱率與風(fēng)速的大小有密切的關(guān)系，利用這一特性可制成測量風(fēng)速的儀器。電流提供的熱功率為：在風(fēng)速v的氣流中，一根垂直于氣流的金屬絲的散熱率為：其中：A：分子散熱作用，Bv1/2：氣流作用，t-θ：熱線與氣溫的差。當(dāng)v較大時，可忽略分子散熱作用項A，且熱交換達(dá)到平衡時，則：＆5、超聲風(fēng)速儀聲學(xué)風(fēng)速儀原理聲波在大氣中傳播與空氣的溫度、風(fēng)速有關(guān)。靜止空氣中的聲速為Tsv：聲學(xué)絕對虛溫式中e為水汽壓；P為大氣壓力；氣溫20℃時，干空氣中聲速343.5m/s.

由左圖，當(dāng)順風(fēng)發(fā)射時假設(shè)氣流速度為v的三個分量為vx、vy、vz，聲波從坐標(biāo)原點(diǎn)到達(dá)某一位相面（x,y,z)所需的時間為t時，則有：設(shè)y和z等于零，等位相面到達(dá)點(diǎn)(d,0,0)和點(diǎn)(-d,0,0)的時間為t1和t2.當(dāng)逆風(fēng)發(fā)射時同理,y方向的風(fēng)速分量vy的計算式為:（8.61）同理,z方向的風(fēng)速分量vz的計算式為:（8.62）

通常超聲風(fēng)速儀有三組測風(fēng)探頭,以測量x,y,z三個風(fēng)速分量。超聲風(fēng)速儀響應(yīng)速度很快,可每秒測量20次,測量范圍可從0.01-30米/秒。

復(fù)習(xí)思考題1.掌握概述中的主要內(nèi)容2.風(fēng)向標(biāo)的主要結(jié)構(gòu)3