实验流体力学-流体力学测量仪器(简化)

流体力学测量仪器流体压强的测量流体速度的测量流量测量流体其它性质的测量流体压强的测量1什么是流体的压强2静压探头3表面测压4总压探头5压力计1什么是流体的压强（pressure）

静止流体运动流体

静压(Staticpressure)

总压(Totalpressure)

滞止压力、驻点压力（Stagnationpressure）动压(Dynamicpressure)

表面压(Surfacepressure)1什么是流体的压强运动流体的静压-----流场中某点的静压是指该点三个主方向上法向应力的平均值。在静止流体中测量的都是静压。1什么是流体的压强总压-----指运动流体等熵滞止下来，速度为零时的压强。又称滞止压力、驻点压力。1什么是流体的压强一维、定常、不可压、伯努利方程动压q表面压-----流体作用于表面的压强2静压探头如何才能测量到流体静压？原则上说不可能测量到流体静压。2静压探头XsXhD081624320-2-424XXh/DXs/D241680Xh：3-8D,Xs：8-15Dd/D=0.1-0.2用于测量低速流动2静压探头楔型探针锥型探针用于测量超声速流动3表面测压R=1/4dR=1/4dR=d820820R=1/4d1/8d1/2d300450450300+0.2%-0.8%-0.5%+1.1%+0.3%+0.4%0%-0.1%-0.1%-0.3%4总压探头静压管+总压管=风速管（皮托管）V4总压排管用于超声速气流ptp0M>15压力计一次仪表和二次仪表传感器或探头放大器、显示器或压力计管道5压力计机械式压力计膜盒、弹簧管Manypressuremeasuringdevicesusethefactthataforce(pressuretimesarea)causesanelasticobjecttodeform.TheBourdongageisaverycommontypeofpressuregage.Whenthepressurewithinthehollowcurvedtubeofthegageisincreased,thetubetendstostraighten.5压力计机械式压力计注意事项表压和绝对压力精度绝对误差和相对误差0123456MPa1..5绝对误差:如果测量时指针对4MPa，问相对误差是多少?？如果测量时指针对0.5MPa，问相对误差是多少?测量时应该尽量选用量程合适的压力表。5压力计液柱式压力计大气压力计U型压力计杯式压力计倾斜压力计多管压力计补偿压力计液柱式压力计大气压力计hba液柱式压力计U型压力计p1p2液柱式压力计杯式压力计p1p2h0h1Rah2hK压力计系数，出厂给定。液柱式压力计倾斜压力计p1p2L液柱式压力计多管压力计液柱式压力计补偿压力计型号规格最小分度值基本误差外型尺寸(DXH)重量精度等级工作环境YLB-1500-1.5~1.5KPa0.01mm±0.8Pa226X320mm5.5Kg二等标准温度20±5℃YLB-2500-2.5~2.5KPa0.01mm在-1.5KPa~1.5KPa范围：±0.8Pa226X420mm8.5Kg二等标准温度20±5℃在-2.5KPa~2.5KPa范围：±1.3Pa常用压力计量单位及其标识符号

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英寸水柱（inH2O）※压力单位的英寸水柱符号为inH2O不要书写为inh2O;

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千克力/厘米2（kgf/cm2）※压力单位的千克力/厘米2符号为kgf/cm2不要书写为Kgf/cm2;

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物理大气压（atm）※压力单位的物理大气压符号为atm不要书写为Atm;

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巴（bar）;毫巴（mbar）※压力单位的巴和毫巴符号为bar和mbar不要书写为Bar和mBar;

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托（Torr）※压力单位的托符号为Torr不要书写为torr.

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兆帕（MPa）;千帕（kPa）;帕（Pa）※压力单位的兆帕符号为MPa不要书写为Mpampa;千帕符号kPa不要书写为KPaKpa或kpa;帕的符号Pa不要书写为pa

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磅力/英寸2（lbf/in2,psi）※压力单位的磅力/英寸2符号为lbf/in2,psi不要书写为Ibf/ln2Psi;

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毫米汞柱（mmHg）※压力单位的毫米汞柱符号为mmHg不要书写为mmhg;

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英寸汞柱（inHg）※压力单位的英寸汞柱符号为inHg不要书写为inhg;

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毫米水柱（mmH2O）※压力单位的毫米水柱符号为mmH2O不要书写为mmh2O;流体力学测量仪器流体压强的测量流体速度的测量流量测量流体其它性质的测量流体速度的测量1风速管2多孔探头3热线风速仪1风速管

风速管=总压管+静压管测速管应用—飞行器ThePitottubeonanaircraftisconnectedtotheairspeedindicator,apressuretransducercalibratedtoreadinknotsormilesperhourratherthanpsi.2多孔探头

多孔探头YZ12354501.5401.5x2.51305管0.8五孔探头4501.50.50.012多孔探头

多孔探头七孔探头6025103610风洞落差系数测定实验实验目的1学习使用风速管测量气流速度的方法。2学习风洞落差系数的测定方法。3学习使用风洞落差系数测定气流速度的方法。风洞落差系数测定实验风洞落差系数测定实验求风速公式：实际风速管公式：风洞落差系数测定实验求空气密度：Pa

大气压力计Ta

温度计单位？有效数字？误差？风洞落差系数测定实验根据连续性方程：根据伯努利方程：整理得到风速还可以通过测定大、小两处截面处的压力差来计算得到风洞落差系数测定实验对比两个V2，可计算出风洞落差系数3热线风速仪

HotWireAnemometer1.热线风速仪的工作原理2.热线风速仪的静态特性3.两种运行方式3热线风速仪热线测速仪（HotWireAnemometer，简称HWA），发明于20世纪20年代。它是将流体速度信号转变为电信号的一种测速仪器，也可用于测量流体的温度。其基本原理是，将一根细的金属丝放在流体中，通过电流加热金属丝，使其温度高于流体的温度，因此将金属丝称为“热线”。当流体沿垂直方向流过金属丝时，将带走金属丝的一部分热量，使金属丝温度下降。热线在气流中的散热量与流速有关，散热量导致热线温度变化而引起电阻变化，流速信号即转变成电信号。3热线风速仪热线长度一般为2mm，直径5μm

，最小的探头直径仅1μm，长为0.2mm。材料为铂、钨或铂铑合金等熔点高、延展性好的金属。根据不同的用途，热线探头还做成双丝、三丝、斜丝及V形、X形等。3热线风速仪热线测速仪的优点是：（1）体积小，对流场干扰小；（2）频率响应高，可达1MHz。（3）测量精度高，重复性好。（4）适用范围广。不仅可用于气体也可用于液体，在气体的亚声速、跨声速和超声速流动中均可使用；可以测量平均速度，也可测量脉动值和湍流量；还可以测量多个方向的速度分量。热线测速仪的缺点是：探头对流场有一定干扰，热线容易断裂。3热线风速仪热线有两种工作模式：

①恒流式。通过热线的电流保持不变，温度变化时，热线电阻改变，因而两端电压变化，由此测量流速；②恒温式。热线的温度保持不变，如保持150℃，根据所需施加的电流可度量流速。恒温式比恒流式应用更广泛。海流測量之儀器與方法阻抗式﹕根據海流流速大小與產生之拖曳力成正比之關係而設計，，(a)圖為CBI擋流板式(ChesapeakeBayInstituteDrag)，(b)圖則為Savonius轉子(Rotor)方式，RCM海流儀即為後者方式。

旋桨式流速仪ADCPAcoustic－声学Doppler－多普勒Current－流速Profiler－剖面仪

水流在垂向上被分割成若干层，叫做深度单元（depthcell）。一台ADCP相当于许多台单点流速仪深度单元和流速剖面深度单元ADCP机械式流速仪水跟踪和底跟踪水跟踪

由水中颗粒的回波测量水流相对于ADCP的运动，该功能叫做水跟踪。底跟踪由河底或海底的回波测量河底或海底相对于ADCP的运动，该功能叫做底跟踪。如果河底或海底无推移质，底跟踪测得的速度即为测船的速度。所需流速=测得流速

+船速ADCP与涉水流量测验比测(USGSFlorida)利用缆道或船拖带ADCP进行流量测量USGSADCP应用USGSADCP应用4ADV点式流速仪安哥拉流速仪流体力学测量仪器流体压强的测量流体速度的测量流量测量流体其它性质的测量流量测量流量计种类：（1）节流式流量计（压差式）：孔板、文丘里（2）容积式流量计：往复活塞、旋转活塞、圆板、刮板、齿轮、薄膜（3）面积流量计：浮子（4）叶轮流量计：水表、涡轮（5）电磁流量计（6）超声流量计（7）流体振动流量计：涡街、涡流、射流（8）其他：热线、皮托管、堰槽、LDV、标记4粒子成像速度计(

PIV)

ParticleImageVelocimeter

什么是PIV1.PIV是一种在流场中同时多点（如数千点）测量流体或粒子速度矢量的光学图象技术。

2.通常在流场的“平面薄片”中进行测量。

3.精度和空间分辨率可与LDV及HWA比较。4粒子成像速度计(

PIV)

PIV原理YX粒子第一个的像t后，粒子第二个的像t2t1t2t14粒子成像速度计(

PIV)

典型系统:

CCD电子同步器计算机Nd:YAG激光器4粒子成像速度计(

PIV)

激光器双YAG激光器的光路系统示意图CCDYAG激光器4粒子成像速度计(

PIV)

算法双曝光的图象第一次曝光的图象第二次曝光的图象4粒子成像速度计(

PIV)算法

CCD计算机流场的像100X125mm查询区1X1mm流场的速度分布自相关、互相关4粒子成像速度计(

PIV)

（a）尾迹中的粒子图（c）减去来流速度后的速度场（b）尾迹的速度场（d）涡量分布图PIV定量测量的活鱼尾迹流场（来流速度88mm/s，脉冲的间隔3ms，查询区为2.74mmX2.74mm）

速度式流量计是从直接测量管道内流体流速v作为流量测量依据的。若测得的是管道截面上的平均流速v，则流体的体积流量qv＝A×v；(A为测量管道横截面积)。若测得的是管道横截面上的某一点流速v，则流体的体积流量qv＝K.A.v(K为截面上的平均流速与被测点流速的比值，它与管道内流速分布有关)．测速式流量计差压式流量计文丘利流量计属于差压式流量计当充满圆管的流体流经在管道内部安装的节流装置时，流束将在节流件处形成局部收缩，使流速增大，静压力降低，于是在节流件前后产生压力差．该压力差通过差压计检出．流体的体积流量或质量流量与差压计所测得的差压值有确定的数值关系。节流式流量计主要由两部分组成：节流装置和测量静压差的差压计。节流装置是安装在流体管道中，使流体的流通截面发生变化，引起流体静压变化的一种装置。常用的节流装置有文丘利管、喷嘴和孔板，如图所示。

常用的节流装置文丘利管压力损失最小，而孔板压力损失最大。

文丘利管孔板

喷嘴容积式流量计容积式流量计椭圆齿轮流量计（普通11型）LC-A型铸铁椭圆齿轮流量计，广泛用于各种油品及对铸铁不腐蚀液体介质的计量；LC-E型铸钢椭圆齿轮流量计，用于高压、低腐蚀性介质的计量；LC-B型广泛用于有较强腐蚀性液体介质，如酸、碱、盐及有机化合物等的计量。

LC-11型椭圆齿轮流量计容积式流量计这类仪表用仪表内的一个固定容量的容积连续地测量被测介质，最后根据定量容积称量的次数来决定流过的总量。习惯上人们把计量表也称为流量计。根据它的结构不同，这类仪表主要有椭圆齿轮流量计、腰轮流量汁、活塞式流量计等。腰轮流量计（罗茨流量计）腰轮流量计除可测液体外，还可测量气体，精度可达0.1％，并可做标准表使用；最大流量可达1000m3/h。腰轮上没有齿，它们不是直接相互啮合转动，而是通过按装在完体外的传动齿轮组进行传动．摇摆式流量计Thehouseholdwatermeter,anutatingdiskvolumeflowmeter,containsonlyonemovingpart-anutatingcirculardisc.Waterflowingthroughthechamberthathousesthediscforcesittowobble(nutate).Tocomplete"onewobble"ofthedisc,aknownamountoffluidmustpassthroughthemeter.浮子流量计(面积流量计）LZ系列金属管浮子流量计为变面积式流量计，即在流量计的垂直测量管中，当流体向上流经管子时，浮子向上移动，在某一位置浮子所受升力与浮子重力达到平衡，此时浮子与孔板（或锥管）间的流通环隙面积保持一定。环隙面积与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。浮子上下移动时，以磁耦合的形式将位置传递到外部指示器，使指示器的指针跟随浮子移动，并借助凸轮板使指针线性地指示流量值的大小。

LZ系列金属管浮子流量计转子流量计又名浮子流量计或面积流量计。浮子流量计具有结构简单，使用维护方便，对仪表前后直管段长度要求不高，压力损失小且恒定，测量范围比较宽，工作可靠且线性刻度，可测气体、蒸汽(电、气远传金属浮子流量计)和液体的流量，适用性广等特点．

浮子流量计的测量本体由一根自下向上扩大的垂直锥管和一只可以沿着锥管的轴向自由移动的浮子组成．如图所示．

当被测流体自锥管下端流入流量计时，由于流体的作用，浮子上下端面产生一差压，该差压即为浮子的上升力。当差压值大于浸在流体中浮子的重量时，浮子开始上升。随着浮子的上升．浮子最大外径与锥管之间的环形面积逐渐增大，流体的流速则相应下降，作用在浮子上的上升力逐渐减小，直至上升力等于浸在流体中的浮子的重量时，浮子便稳定在某一高度上。这时浮子在锥管中的高度与所通过的流量有对应的关系。作用在浮子上的力有：流体自下而上运动时，作用在浮子上的阻力F;浮子本身的垂直向下的重力W；流体对浮子所产生的垂直向上的浮力B。当浮子处于平衡状态时，可列出平衡方程式转子流量计的测量原理式中，cd为浮子的阻力系数；o为流体密度；v为环形流通面积的平均流速：Af为浮子的最大迎流面积。只要保持流量系数a为常数，则流量与浮子高度h之间就存在一一对应的近似线性关系．我们可以将这种对应关系直接刻度在流量计的锥管上．显然，对于不同的流体，由于密度发生变化，所以qv与h之间的对应关系也将发生变化，原来的流量刻度将不再适用．所以原则上，转子流量计应该用实际介质进行标定．注意：浮子流量计Themainelementsofarotameterareataperedtubethroughwhichthefluidflowsandthefloatwithinthetube.Theequilibriumheightofthefloatwithinthetubeisafunctionofthelowrateandrepresentsabalancebetweenbuoyant,weight,anddragforcesonthefloat.涡轮流量计涡轮流量计进入仪表的被测气体，首先通过一个装在流量计壳体内的整流器，它不但能调整速度分布剖面，而且还能使气体流速增大，此后气体继续沿流动通道流动并使涡轮旋转。涡轮的角速度与渡过流量计气体的平均流速成正比，通过齿轮组传动和磁性耦合联动装置驱动流量计壳体上部的计数器显示工作状况下被测气体的体积量。LWQ系统气体涡轮流量计电磁流量计LDE型电磁流量计适用于石油、化工、冶金等领域，用于电导率大于5S/cm的液体流量测量。管内无活动及阻流部件，无压力损失，不受介质密度、粘度、温度、压力及导电率变化影响。低频矩形波激励，不受工频干扰影响。LDE型电磁流量计

电磁流量计电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。可以测量各种腐蚀性介质：酸、碱、盐溶液以及带有悬浮颗粒的浆液。被测介质在测量管内，由于没有阻滞部件，所以没有压力损失。此流量计无机械惯性，反应灵敏，可以测量脉冲流量，而且线性较好，可以直接进行等分刻度。但电磁流量计，由于只能测量导电液体，因此对于气体、蒸气以及含大量气泡的液体，或者电导率很低的液体不能测量。由于测量管内衬材料一般不宜在高温下工作，所以目前一般的电磁流量计还不能用于测量高温介质。超声波流量计管段式超声波流量计利用低电压、多脉冲原理，采用双平衡信号差分发射、接收技术。精度可达1%，完全可与电磁流量计媲美。分体管段式超声波流量计当超声波在流体中传播时，会载带流体流速的信息。因此，根据对接收到的超声波信号进行分析计算，可以检测到流体的流速，进而可以得到流量值。超声波流量测量方法有很多，这里主要介绍传播速度差方法和多普勒方法的基本原理与流量方程．超声波流量计传播速度差法的基本原理为：测量超声波脉冲在顺流和逆流传播过程中的速度之差来得到到被测流体的流速。根据测量的物理量的不同，可以分为时差法(测量顺、逆流传播时由于超声波传播速度不同而引起的时间差)、相差法(测量超声波在顺、逆流中传播的相位差)、频差法(测量顺、逆流情况下超声脉冲的循环频率差)。频差法是目前常用的测量方法，它是在前两种测量方法的基础上发展起来的．传播速度差法在测量管道中，装两个超声波发射换能器F1和F2以及两个接收换能器J1和J2，F1J1和F2J2与管道轴线夹角为a，管径为D，流体由左向右流动，速度为v，此时由F1到J1超声波传播速度为F2到J2超声波传播速度为：1、时差法如果超声波发生器发射一短小脉冲，其顺流传播时间为而逆流传播的时间为2、相差法所谓相差法，既是通过测量超声波在顺流和逆流时传播的相位差来得到流速．3、频差法此法是通过测量顺流和逆流时超声脉冲的重复频率差去测量流速。在单通道法中脉冲重复频率是在一个发射脉冲被接收器接收之后，立即发射出一个脉冲，这样以一定频率重复发射，对于顺流和逆流重复发射频率为多普勒法是利用声学多普勒原理确定流体流量的．多普勒效应是当声源和目标之间有相对运动，会引起声波在频率上的变化，这种频率变化正比于运动的目标和静止的换能器之间的相对速度。多普勒法图是超声多普勒流量计示意图。超声换能器安装在管外。从发射晶体T发射的超声波束遇到流体中运动着颗粒或气泡，再反射回来由接收晶体R1接收。发射信号与接收信号的多普勒频率偏移与流体流速成正比。如忽略管壁影响，并假设流体没有速度梯度，以及粒子是均匀分布的，可得方程

涡街流量计

涡街流量计

电压式涡街流量计

插入式涡街流量计

分体式涡街流量计

潜水型涡街流量计精度：±0.1%适用流体：液体、蒸汽（饱和、过热）流体振动流量计是60年代末期发展起来的一种较新的流量测量技术。它具有如下一些特点：可得到与流量成正比的频率输出信号；被测流体本身就是振动体，无机械可动部件，几乎不受流体组成、密度、粘度、压力等因素的影响；所以，该测量方法越来越受到人们的重视，涡街流量计（Vortexflowmeter)是利用流体流过阻碍物时产生稳定的漩涡，通过测量其漩涡产生频率而实现流量计量的。涡街流量计由涡街流量传感器和流量显示仪表两部分构成，振动式流量计涡街流量计实现流量测量的理论基础是流体力学中著名的“卡门涡街”原理。在流动的流体中放置一根其轴线与流向垂直的非流线性柱形体(加三角柱、圆柱等)，称之为漩涡发生体，见图。当流体沿漩涡发生体绕流时，会在漩涡发生体下游产生如图所示不对称但有规律的交替漩涡列，这就是所谓的卡门涡街。Whenafluidflowencountersabody,thelayersoffluidclosetothesurfacesofthebodyaresloweddown.Withastreamlinesbody,theseboundarylayersfollowthecontoursofthebodyuntilvirtuallymeetingattherearoftheobject.Thisresultsinverylittlewakebeingproduced.Withanon-streamlinedbody,aso-calledbluff-body,theboundarylayersdetachfromthebodymuchearlierandalargewakeisproduced.Whentheboundarylayerleavesthebodysurfaceitrollsupintovortices.Theseareproducedalternatelyfromthetopandbottomsurfacesofthebody.Theresultistwoparallelrowsofvorticesmovingdownstreamwiththedistancebetweensuccessivevorticesineachrowbeingthesame,avortexinonerowoccurringhalfwaybetweenthoseintheotherrow.由于漩涡之间的相互影响，其形成通常是不稳定的。冯.卡门对涡列的稳定条件进行了研究，于1911年得到结论：只有当两漩涡列之间的距离h和同列的两漩涡之间的距离L之比满足时，所产生的涡街才是稳定的圆柱体后漩涡发生的频率为：流体力学测量仪器流体压强的测量流体速度的测量流量测量流体其它性质的测量液体温度测量常用温度计物质的粘度粘度液体受外力作用时，在液体分子间发生的内摩擦力称为液体的粘性，其大小用粘度