第七章 流速测量-2014

1、第第7章章 流速及流量测量流速及流量测量 3:22:47流量测量方法流量测量方法流速测量方法流速测量方法机械法机械法叶轮式叶轮式散热率法散热率法热线式、热球式热线式、热球式动力测压法动力测压法毕托管毕托管激光多普勒效应激光多普勒效应速度法速度法差压式、涡轮式、差压式、涡轮式、电磁式、超声波式电磁式、超声波式容积法容积法椭圆齿轮、薄膜式椭圆齿轮、薄膜式质量法质量法第一节第一节 流速测量流速测量v机械法机械法v散热率法散热率法v动力测压法动力测压法v激光多普勒测速法激光多普勒测速法一机械法测量流速一机械法测量流速1、种类种类：翼式、杯式：翼式、杯式杯式杯式翼式翼式测量原理测量原理：空气通过转杯时，

2、推动叶片转动。根据空气通过转杯时，推动叶片转动。根据叶轮转叶轮转速速与与气流速度气流速度成成正正比的原理进行速度测量比的原理进行速度测量 杯型机械式风速、风向仪杯型机械式风速、风向仪翼型机械式风速仪翼型机械式风速仪适用范围：可用来测定仪表所在位置的气流速度，也可用来测定仪表所在位置的气流速度，也可用于大型管道中气流的速度场，尤其适用于可用于大型管道中气流的速度场，尤其适用于相对湿相对湿度较大度较大的气流速度的测定。广泛用于通风、空调的风的气流速度的测定。广泛用于通风、空调的风速测量。速测量。可将叶轮的转速转换成电信号。可将叶轮的转速转换成电信号。注意事项v测压前需测压前需调零调零v测定时必须将

3、叶轮风速仪测定时必须将叶轮风速仪全部全部置于气流中置于气流中v气流方向应气流方向应垂直于垂直于叶轮的平面叶轮的平面v待气流推动叶轮转动待气流推动叶轮转动2030秒后再启动开关秒后再启动开关开始测量开始测量v测定完毕应将指针回零测定完毕应将指针回零v读得风速值后还应在仪器所附的校正曲线上读得风速值后还应在仪器所附的校正曲线上查得实际的风速值查得实际的风速值v测量测量平均风速平均风速，不适于测量脉动气流和气流，不适于测量脉动气流和气流瞬时速度瞬时速度AVM-03风速计风速计风速计风速计档位档位测量范围测量范围分辨率分辨率误差误差M/S0.3-45.00.1 3% or 0.1 位KNOTS0.6-

4、88.00.1 3% or 0.1 位ft/min60-880010 3% or 10 位Km/hr1-140.00.1 3% or 0.1 位温度温度(AVM-03)0-600.1 0.8温度温度(AVM-03)32-1400.1 1.5二散热率法测量流速二散热率法测量流速v原理原理：散热率与流体的速度相关：散热率与流体的速度相关v测量仪器测量仪器热线风速仪热线风速仪v恒流法v恒温法热膜风速仪热膜风速仪热敏电阻恒温风速热敏电阻恒温风速热球风速仪热球风速仪、热线风速仪利用被加热的金属丝的热量损失来测量气体流速的利用被加热的金属丝的热量损失来测量气体流速的RQQNud2()wfRwwQF TTQ

5、I RRenNuab1nna Fb Fdabdv2( )()nwwwfI Rab uTTITTvIv恒流型恒流型恒温型恒温型v恒流型热线风速仪 如果在热线工作过程中，人为地用一如果在热线工作过程中，人为地用一恒值电流恒值电流对对热线加热，由于流体对热线对流冷却，且冷却能力随热线加热，由于流体对热线对流冷却，且冷却能力随着流速的增大而加强。当流速呈着流速的增大而加强。当流速呈稳态稳态时，则可根据热时，则可根据热线线电阻值的大小电阻值的大小确定流体的确定流体的速度速度。nfwn2wfRa b uRa b uI R特点特点：电路简单，敏感元件易老化，：电路简单，敏感元件易老化，稳定性差，很少用于流速

6、测量稳定性差，很少用于流速测量恒流式工作原理图恒流式工作原理图v恒温型热线风速仪 如果在热线工作过程中，始终保持热线的温度不如果在热线工作过程中，始终保持热线的温度不变，则可通过测得流经热线的电流值来确定流体的速变，则可通过测得流经热线的电流值来确定流体的速度。度。2() () wfnwwfwfwfRRaIab uaR RRRbbR R在实际测量电路中，测量的在实际测量电路中，测量的不是流经电路的电流，而是不是流经电路的电流，而是惠斯顿电桥的桥顶电压。惠斯顿电桥的桥顶电压。克英公式：克英公式：E2=A+Bun特点特点：敏感元件工作于恒温状态，稳定性好。精度：敏感元件工作于恒温状态，稳定性好。精

7、度较高，广泛用于流速测量，尤其是脉动气流的测量较高，广泛用于流速测量，尤其是脉动气流的测量b)恒温式工作原理图恒温式工作原理图热线风速仪工作原理图热线风速仪工作原理图a) 恒流式恒流式b) 恒温恒温(恒电阻恒电阻)式式热线风速仪热线风速仪热球风速仪热球风速仪1、原理 当气流速度较小，可不考虑流体的可压缩性，当气流速度较小，可不考虑流体的可压缩性，并认为气流的密度为常数，建立伯努利方程：并认为气流的密度为常数，建立伯努利方程：2012jppu常数02()juKpp结论：结论：测出总压和静压即可测得流体流速测出总压和静压即可测得流体流速动力测压法动力测压法基础基础式中，式中，K为速度校正系数，标准

8、化毕托管为为速度校正系数，标准化毕托管为0.96左右，左右，S型毕托管一般为型毕托管一般为0.830.87三、空气动力测压法测量流速三、空气动力测压法测量流速v对于可压缩性气体来说，总压和静压之间的关系对于可压缩性气体来说，总压和静压之间的关系式为式为：201(1)2jppu422424MkM可压缩性修正系数可压缩性修正系数绝热指数绝热指数马赫数马赫数v在通风空调工程中，气体流速一般低于在通风空调工程中，气体流速一般低于40m/s，空气温度为空气温度为20，音速为音速为343m/s021jppuKv国标中规定：测压管的使用上限流体马赫数国标中规定：测压管的使用上限流体马赫数M200。上限或下限

9、的规定都是为。上限或下限的规定都是为了避免造成过大的测量误差。了避免造成过大的测量误差。气体的可压缩性程度对于动压的影响很小，一般情气体的可压缩性程度对于动压的影响很小，一般情况下可忽略。况下可忽略。0.12uMc（1+1+）=1.0034=1.0034v测压差的方法测压差的方法利用总压管、静压管，分别测量流体利用总压管、静压管，分别测量流体的总压和静压，以确定流体速度的总压和静压，以确定流体速度利用专门设计的复合测压管，同时测利用专门设计的复合测压管，同时测量流体的总压和静压（或两者之差），量流体的总压和静压（或两者之差），以确定流体速度以确定流体速度2、静压的测量v测量方法测量方法静压管静

10、压管壁面测静压壁面测静压v静压管静压管：用细管弯成：用细管弯成L形，头部为半球形，形，头部为半球形，在水平测量段的表面在水平测量段的表面上均匀布置测压孔，上均匀布置测压孔，一般至少为一般至少为6个，另个，另一端接压力表，用来一端接压力表，用来测量静压。测量静压。v注意注意：在不影响静压管强度的前提下，减少静压管直在不影响静压管强度的前提下，减少静压管直径径D，从而减少对气流的影响，从而减少对气流的影响测压孔开在距离管柱测压孔开在距离管柱810D，距离端部，距离端部36D。使测得的静压不受管柱和端部的影响使测得的静压不受管柱和端部的影响静压管尽可能放置的与气流方向一致，偏离方静压管尽可能放置的与

11、气流方向一致，偏离方向应在不灵敏度范围之内向应在不灵敏度范围之内测压孔一般为测压孔一般为0.51.0mm，太小易堵，太大则，太小易堵，太大则加入部分动压加入部分动压壁面静压测量壁面静压测量1-测孔测孔 2-U型液柱微压计型液柱微压计 3-壁面壁面 v 壁面测量静压壁面测量静压测压孔直接开在管测压孔直接开在管壁上壁上测量孔附近的壁面测量孔附近的壁面要光滑平整要光滑平整孔轴要与壁面垂直孔轴要与壁面垂直孔径一般为孔径一般为0.5mm适用于测量适用于测量平直流平直流道内道内流体静压流体静压3、总压的测量 v测量仪器测量仪器L L形总压管形总压管圆柱形总压管圆柱形总压管套管式总压管套管式总压管v测量方法

12、测量方法测量流体总压时，总压管的感测头应对准来流测量流体总压时，总压管的感测头应对准来流方向方向希望总压管对流动方向越不敏感越好希望总压管对流动方向越不敏感越好（1 1）L L形毕托管形毕托管：v制造容易，使用安装方便。制造容易，使用安装方便。v对流动偏斜角的灵敏性取决于对流动偏斜角的灵敏性取决于压力孔直径压力孔直径与管子外径之比与管子外径之比以及总压管以及总压管感测头的形状感测头的形状（2 2）圆柱形总压管）圆柱形总压管（3 3）套管式总压管）套管式总压管4、毕托管v将总压管和静压管组将总压管和静压管组合在一起，同时测得合在一起，同时测得流体的总压和静压之流体的总压和静压之差的复合管，称为毕

13、差的复合管，称为毕托管。托管。02(juKpp） K为速度校正系数，一般情况下毕托管在使用为速度校正系数，一般情况下毕托管在使用之前需要进行标定。之前需要进行标定。810D36D0.1D0.3DD12345678毕托管速度计算公式毕托管速度计算公式：v特点特点：结构简单，使用、制造方便，价格：结构简单，使用、制造方便，价格便宜，坚固可靠，精度高。便宜，坚固可靠，精度高。v毕托管测量的是空间毕托管测量的是空间某点某点处的处的平均速度平均速度，它的头部尺寸决定了它的空间分辨率它的头部尺寸决定了它的空间分辨率v根据所测量的流体性质，将毕托管设计成根据所测量的流体性质，将毕托管设计成不同的形状，常用的

14、有不同的形状，常用的有L L形和形和S S形。形。（1）L形毕托管形毕托管：标准毕托管：标准毕托管毕托管的分类毕托管的分类810D36D0.1D0.3DD12345678v适用场合适用场合：测量：测量清洁气流清洁气流的速度，的速度，或对其他结构形式的毕托管及流或对其他结构形式的毕托管及流速仪表标定。速仪表标定。L形毕托管形毕托管1-总压测孔总压测孔2-感测头感测头 3-外管外管-静压孔静压孔-内管内管-管柱管柱-静压引出管静压引出管-总压引出管总压引出管（2）S形毕托管形毕托管 迎着流体的开口端测量流体迎着流体的开口端测量流体的总压，背着流体的开口端测量的总压，背着流体的开口端测量流体的静压。

15、流体的静压。v特点特点：结构简单，制造方便，：结构简单，制造方便，但测压管对来流方向的变化很敏但测压管对来流方向的变化很敏感感v适用场合适用场合：测量含尘浓度较高：测量含尘浓度较高的气流速度或粘度较大的液体，的气流速度或粘度较大的液体，速度校正系数一般为速度校正系数一般为0.830.87。测量平均动压，即测量平均流速。只适用于测量平均动压，即测量平均流速。只适用于圆形圆形风道风道（3）动压平均管）动压平均管动压平均管动压平均管1-总压平均管总压平均管 2-静压管静压管 3-管道管道v国际标准化组织（国际标准化组织（ISO）测速上、下限的）测速上、下限的规定规定v一般规定毕托管直径与被测管道直径

16、（内一般规定毕托管直径与被测管道直径（内径）之比不超过径）之比不超过0.02，最大不得超过，最大不得超过0.04vS形或其他毕托管使用前必须用标准毕托形或其他毕托管使用前必须用标准毕托管进行校正，得到其校正系数管进行校正，得到其校正系数（4）毕托管使用条件）毕托管使用条件解：解：6个测点动压值个测点动压值120.63、142.79、157.70、158.09、173.58、197.51Pa 例例7-1 用标准毕托管测量空调送风管道内空气流速，用标准毕托管测量空调送风管道内空气流速，KP0.96，风道空气静压，风道空气静压p0980Pa（真空度），（真空度），大气压大气压B=101325Pa，空

17、气温度，空气温度t=20，空气气体，空气气体常数常数R=287J/(kg.k)，风道断面上，风道断面上6个测点的动压读个测点的动压读数（微压计系数为数（微压计系数为0.2）分别为）分别为61.5、72.8、80.6、80.5、88.5、100.7mmH2O，求风道内空气平均流，求风道内空气平均流速。速。22diipdipRTvKpp61216pjiijRTvKppBp15.6/m s5. 流动方向的测量与复合测压管流动方向的测量与复合测压管v能同时测出流体的总压及流速的大小和方能同时测出流体的总压及流速的大小和方向的测压管称为向的测压管称为复合测压管复合测压管v在平面流场的测量中，常用二元复合

18、测压在平面流场的测量中，常用二元复合测压管测量流体的总压、静压及流速的大小和管测量流体的总压、静压及流速的大小和方向。方向。形状形状：圆柱形、管束形和楔形：圆柱形、管束形和楔形v测量测量空间空间流场中常用五孔三元测压管流动流场中常用五孔三元测压管流动速度的大小和方向及流体的压力，形状：速度的大小和方向及流体的压力，形状：球形、管束形和楔形球形、管束形和楔形测量流测量流体总压体总压测量流测量流动方向动方向球形三孔测速管构造球形三孔测速管构造1-赤道面赤道面2-子午面子午面3-三孔感压球形探头三孔感压球形探头4-接管接管5-干管干管6-传压管传压管 7-分度盘分度盘8-指针指针9-锁紧螺钉锁紧螺钉

19、10-键槽键槽11-接嘴接嘴三孔测速管感压探头的形状三孔测速管感压探头的形状a) 球形球形b) 尖劈形尖劈形c) 普通圆柱形普通圆柱形d) 发散圆柱形发散圆柱形e) 聚合圆柱形聚合圆柱形四激光多普勒测速仪四激光多普勒测速仪 激光多普勒测速仪是利用随流体运动的激光多普勒测速仪是利用随流体运动的微粒散射光的微粒散射光的多普勒效应多普勒效应来进行速度测量。来进行速度测量。静止的激光光源发射的激光照射到随流静止的激光光源发射的激光照射到随流体运动的粒子上，同时粒子又将接收到的光体运动的粒子上，同时粒子又将接收到的光波向外散射。当静止光接收器所收到的波向外散射。当静止光接收器所收到的散射散射光频率光频率fs与与静止光源的光波频率静止光源的光波频率f0之差与运动之差与运动粒子的速度成正比。这个差值就叫多普勒频粒子的速度成正比。这个差值就叫多普勒频率。率。 0()pcu e tN 时间时间t内，粒子内，粒子P接收到的固定光源接收到的固定光源I发出的全波数发出的全波数ppNft0cu e 00/cu ecf 00fcu ec ssctNu e T 时间时间t内，以粒子内，以粒子P为发射光源，固定接收器为发射光源，固定接收