第7章 流速测量.ppt
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1、1第七章第七章第七章 流速测量流速测量学习要求学习要求 要求掌握常用的流速流量测量方法及相关测量仪表(主要掌握皮托管测速、热线流速仪)的组成及测量原理。2第七章流速测量方法流速测量方法皮托管皮托管热线流速仪热线流速仪激光测速激光测速激光技术激光技术多普勒效应多普勒效应计算机技术计算机技术PIV粒子图像仪粒子图像仪热交换理论热交换理论热丝的温阻特性热丝的温阻特性一维管道流理论一维管道流理论伯努里方程伯努里方程激光技术激光技术相关分析技术相关分析技术计算机技术计算机技术流速测量在热能动力机械工程中的意义流速测量在热能动力机械工程中的意义研究研究:进排气管、燃烧室内气流运动对工作过程的影响;:进排气
2、管、燃烧室内气流运动对工作过程的影响;水泵叶轮内的水流运动规律水泵叶轮内的水流运动规律 锅炉、换热器内流体运动规律锅炉、换热器内流体运动规律 传热传质学研究,芯片散热问题传热传质学研究,芯片散热问题监控监控:水文监测:水文监测3第七章第一节第一节 皮托管测速皮托管测速发展过程发展过程1732年年 法国工程师法国工程师 Henri Pitot 发现一段密封的直管迎着流动发现一段密封的直管迎着流动的流体,可测出流体总压,减去静压能算出流速,发明了原始的流体,可测出流体总压,减去静压能算出流速,发明了原始的皮托管;的皮托管;1905年年 德国大流体力学家德国大流体力学家 L.Prandtl 修改了修
3、改了 Henri Pitot 发明,发明,与今天的皮托管结构一样,能直接测出流体的总压和静压之与今天的皮托管结构一样,能直接测出流体的总压和静压之差差动压,直接算出流速,但仍称皮托管;动压,直接算出流速,但仍称皮托管;1920年后,英国国家物理实验室(年后,英国国家物理实验室(NPL)对皮托管的结构、特性对皮托管的结构、特性作了详细研究,为制定皮托管的标准奠定了基础;作了详细研究,为制定皮托管的标准奠定了基础;1943年年 英国出台皮托管国家标准;英国出台皮托管国家标准;1977年年 ISO颁布关于用皮托管测速的国际标准颁布关于用皮托管测速的国际标准 ISO39661977由于皮托管的主要测量
4、对象为气体,故又称风速管。由于皮托管的主要测量对象为气体,故又称风速管。4第七章 皮托管测速的特点皮托管测速的特点n结构简单,价格低廉,制造使用方便;结构简单,价格低廉,制造使用方便;n在一定的流速范围内,测量精度高;在一定的流速范围内,测量精度高;n对来流方向不太敏感;对来流方向不太敏感;n频率相应慢,只能测量稳定流动频率相应慢,只能测量稳定流动 一一.基本构造和测量原理基本构造和测量原理2012ppconst总压力静压力(静压)动压力(动压)5第七章1.测量原理测量原理对不可压缩流体的一维等高度的管流,对不可压缩流体的一维等高度的管流,有伯努里方程:有伯努里方程:静压静压+动压动压=总压总
5、压=常数常数考虑到总压和静压的测量误差,需要考虑到总压和静压的测量误差,需要修正。修正。为校准系数为校准系数对标准皮托管:对标准皮托管:=1.01=1.01 1.021.02对于气体,可看成理想气体,测出压对于气体,可看成理想气体,测出压力和温度后可根据标准状态下的气力和温度后可根据标准状态下的气体参数算出密度:体参数算出密度:0221ppppp2)(20)(TTppbbbp26第七章用马赫数用马赫数Ma表示可压缩气体流速表示可压缩气体流速:)1(2 )1(2 pkpavMapvpka马赫数:流速:当地声速:当气流马赫数当气流马赫数Ma大于大于0.3时,须进行压缩性修正。时,须进行压缩性修正。
6、为压缩性修正系数。为压缩性修正系数。)1(2pMa0.10.20.30.40.60.81.00.00250.01000.02250.04000.090000.17300.27507第七章 2.结构型式结构型式 直角型(直角型(L形)皮托管形)皮托管 带半圆形头部的标准皮托管带半圆形头部的标准皮托管 带锥形头部的皮托管,高速气流测量,防头部发生脱体激波带锥形头部的皮托管,高速气流测量,防头部发生脱体激波P0总压力总压力P静压力静压力(静压静压)8第七章3.笛形管测速的基本原理笛形管测速的基本原理 202ppK流量较大,雷诺数较大时,边界层厚度较小,p可近似得到,误差工程上允许P0总压力总压力P静
7、压力静压力(静压静压)9第七章n吸气式(负压管道)吸气式(负压管道)n遮板式(高尘气流)遮板式(高尘气流)n靠背式(高尘气流靠背式(高尘气流)10第七章 对皮托管的要求:对皮托管的要求:尽可能保证总压孔和静压孔接收到的压力真正是被测点的总压力和静压力。尽可能保证总压孔和静压孔接收到的压力真正是被测点的总压力和静压力。静压孔静压孔N的位置对测量值的影响的位置对测量值的影响皮托管头部绕流使后方实测静压力降低皮托管头部绕流使后方实测静压力降低皮托管立杆滞流使前方实测静压升高皮托管立杆滞流使前方实测静压升高存在一个开孔位置正好使上述两种影响互相抵消,使实测静压正好等于皮存在一个开孔位置正好使上述两种影
8、响互相抵消,使实测静压正好等于皮托管放入前该点的静压值托管放入前该点的静压值其他影响因素其他影响因素总压孔大小总压孔大小静压孔数量、形状静压孔数量、形状探头与立杆的连接方式探头与立杆的连接方式保证测量准确度的方法保证测量准确度的方法严格按标准制造皮托管、做试验严格按标准制造皮托管、做试验标定标定11第七章 二、二维气流速度的测量二、二维气流速度的测量1.要求要求能测出平面流动的方向和数值能测出平面流动的方向和数值2.三孔测速管结构三孔测速管结构三孔感压探头三孔感压探头总压孔(居中)总压孔(居中)方向孔(两侧)方向孔(两侧)干管干管传压管传压管分度盘分度盘探头形状:探头形状:球形球形尖劈形尖劈形
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