流动的量测与显示技术

流动的量测与显示技术1第一页，共二十六页，编辑于2023年，星期日第一节压力的测量与其它流动参数相比，压力比较容易测量，所以往往根据测得的压力通过计算来得到流速等其他的流动参数。几乎所有的流动测量中都有压力测量。一、压力测量系统

压力测量系统由压力传感器、压力信号变送和处理以及显示部分组成。2第二页，共二十六页，编辑于2023年，星期日1、测压管和测压孔

它们是在固体壁面上开设的小孔和各种形状的开口管子，开口管子直接插入流动中测量点感受该点的压力，并通过传输管与压力表或测压管连通，以测出压力的大小。它感受的压力是作用在其开口面积上的平均压力。测压管和测压孔的几何尺寸应尽量小，以减少其对流动的干扰和提高其空间分辨率。优点：结构简单，使用方便。缺点：动态响应低，压力值的自动采集和记录较麻烦。测量精度主要由静压孔的几何参数和测压孔附近的边界层特性决定。测压孔径D=0.5~1.0mm，孔深h=3~10D。测量误差为0.5%~1.0%3第三页，共二十六页，编辑于2023年，星期日4第四页，共二十六页，编辑于2023年，星期日2、电磁式压力传感器

利用压力改变时引起电和磁的改变的物理现象做成的传感器称为电磁式压力传感器。这种传感器种类很多：（1）压电晶体压力传感器；（2）电感压力传感器；（3）硅膜片压力传感器；（4）霍尔压力传感器。优点：动态响应高，便于信号自动采集、传输和处理。可以在强腐蚀性的工作介质中使用。缺点：因须插入流体中进行工作，故对流动有干扰，测量的空间分辨率有待提高。5第五页，共二十六页，编辑于2023年，星期日二、液柱式压力计

液柱式压力计是与测压孔和测压管连用的压力显示装置。1、U形管压力计6第六页，共二十六页，编辑于2023年，星期日

改变工作流体的密度，即可放大或缩小压力计的读数值h。7第七页，共二十六页，编辑于2023年，星期日2、单管压力计在使用U形压力计时，必须同时读取二臂液面高度，再计算压力值，读数和计算都很麻烦，不直接。如将U形管的一臂做成面积很大的容器，使其工作过程中液面上、下的变化可以忽略不计，此时只要读取一个读数，即可得到测点的压力，使用方便，这就是单管压力计。8第八页，共二十六页，编辑于2023年，星期日3、倾斜式压力计用于测量微小压力值，可减少读数的相对误差。9第九页，共二十六页，编辑于2023年，星期日第二节流速的测量一、皮托管

将测量总压的总压探针和测量静压的静压探针组合在一起，同时测出某点的总压p和静压p1,设该点流速为V1，则有：

流速是描述运动的基本参数之一，流速测量的方法很多，在这介绍用的较多的皮托管、热线（膜）风速仪和激光多普勒流速仪。10第十页，共二十六页，编辑于2023年，星期日皮托管结构简单，使用方便，价格低廉，被广泛应用。11第十一页，共二十六页，编辑于2023年，星期日12第十二页，共二十六页，编辑于2023年，星期日二、热线（膜）风速计

热线（膜）风速计是利用高温物体在流体中散热速度与流体的流速有关这一物理现象来测量流体的速度。流体的流动速度越快，高温物体散热越快，反之则越慢。（1）恒流式热线风速计-----保持电流恒定，测量金属丝温度的变化。（2）恒温式热线风速计-----保持金属丝温度恒定，测量电流的变化。优点：动态响应高，空间分辨率高，测量精度较高。缺点：对流场有干扰，热线极为脆弱，性能稳定性不好，探头需经常校正。13第十三页，共二十六页，编辑于2023年，星期日三、激光多普勒测速计优点：非接触式测量技术，无插入流场的探头，对流场没有干扰，动态响应高，空间分辨率高，测量流速范围大，从几mm/s到1000m/s，而且是绝对测量，无需校准，其精度取决于数据处理系统。缺点：只能测量透明的流体，必须开设让激光透入的窗口，测量的是悬浮粒子的速度，故悬浮粒子必须有很好的跟随性，数据采集和处理系统价格高。波源O发出频率为FO的波，由接受器S接收，接收到的波动频率为FS，当波源和接收器有相对运动时，FS不等于FO

，其差值FD与相对运动的速度有关，这就是多普勒效应。利用多普勒效应做成的测速计称为多普勒测速计。用激光作波源的多普勒测速计称为激光多普勒测速计。14第十四页，共二十六页，编辑于2023年，星期日第三节流量的测量

一、质量法或容积法测量流量

流量的测量方法很多，这儿只介绍几种常见的。

这是最直接，也是最准确的方法。但这种方法不能实时测量，主要用来测量小流量和对其它流量计进行静态标定。15第十五页，共二十六页，编辑于2023年，星期日二、节流式流量计由连续方程:16第十六页，共二十六页，编辑于2023年，星期日当流体介质和流道的几何结构确定以后，则相应的粘度和过水断面的面积A1和A2为已知，故上式可改写为：优点：将流量的测量转化为较易实现的压力的测量。17第十七页，共二十六页，编辑于2023年，星期日常见的节流式流量计主要有：文丘里流量计；孔板流量计；喷嘴流量计等。其流量系数在流量计标定时确定。根据上述原理，在流道中加入过流断面几何尺寸变化的元件，如收缩段、孔板、喷嘴等，在相应部位测出其压强的变化，即可间接测量出流量。加入的这类元件称为节流元件，按这一原理做成的流量计统称为节流式流量计。18第十八页，共二十六页，编辑于2023年，星期日三、其它常用流量计

1、转子（浮子）流量壳体转子从原理上说，转子流量计仍属于节流式流量计。由垂直安放的锥形玻璃管中放置一锥形转子构成，当流体从底部进入流量计，转子上升，转子和玻璃管间的节流流道面积增加，节流力度减小，转子上、下游压力差减小。至某一高度，由于节流效应引起的作用在转子上、下底的压力差和转子的重量平衡，转子悬停在该位置不动，由转子悬停的位置即可测出通过流量计的流量。19第十九页，共二十六页，编辑于2023年，星期日3、电磁流量计

根据法拉第电磁感应定律的原理工作。电磁流量计要求被测流体具有一定的电导率。

优点：无节流元件，能量损失小，可用于腐蚀、磨损严重、工作条件恶劣，大流量测量场合。2、涡轮流量计

涡轮流量计由壳体、叶轮、前后导架及磁电感应器组成见P54（图5-18）。20第二十页，共二十六页，编辑于2023年，星期日

流动显示技术分为两大类：第四节流动显示技术一、在流体中加入可见物的示踪方法；

二、利用流体在流动过程中，由于流动参数的改变引起的流体物理性质变化，例如密度、温度等的变化，再用光学或其他手段显示出来，如纹影仪、红外成像仪等。21第二十一页，共二十六页，编辑于2023年，星期日1、丝线法

为了获得靠近固体壁面处流动的情况，最简单的方法是将一些短丝线的一端粘贴在固体壁面上，使丝线随流体漂动，利用这种方法来反映流动的情况。2、示踪粒子法

向流体中注入粒子，观察粒子的运动来获得流动的信息。要求注入粒子的可见度高，同时对流动的跟随性好。常用的示踪粒子有铝粉、镁粉等。22第二十二页，共二十六页，编辑于2023年，星期日3、染色法向流体中注入颜料，将部分流体染成可见的颜色，或者注入萤元素，使部分流体在紫外线照射下显现出来，以观察流动的方法，称为染色法。这种方法主要用于层流和低速流动中。4、烟风洞：

是向气流中引入烟来显示流动的技术。烟并不限于燃烧产物，也包括在空气中可看见的水蒸汽、雾等，要求它们具有颗粒小、无毒、抗混合稳定性好，可见度高等性能。23第二十三页，共二十六页，编辑于2023年，星期日常用物理量的因次物理量单位因次面积Am2L2体积Vm3L3速度vm/sLT-1加速度am/s2LT-2角速度ωrad/sT-124第二十四页，共二十六页，编辑于2023年，星期日物理量单位因次转速rpmT-1重量、力FNMLT-2重度γN/m3ML-2T-2密度ρKg/m3ML-3压强p、切应力τN/m2ML-1T-2体积流量qvm3/sL3T-1重量流量N/sMLT