热工测试技术第4章 流速和流量的测量

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第3节 三维流场中流动方向的测量
2、五孔球形探针
20
第3节 三维流场中流动方向的测量
3 ci c sin i 2 pi ps 9 2 Kp 1 sin i 2 c 2 4
21
第3节 三维流场中流动方向的测量
p1 ps p2 ps
c
2
2
c2
2
V

国际标准中称 皮托管标定系数
2p c0
英国标准中称 c0 皮托管标定系数 我国两种标准都用。
5
第1节 流体速度大小的测量
笛形皮托管
6
测量高含尘量气流的皮托管
•吸气式皮托管主
要用于高含尘量
的负压管道气流 压力的测量；
•遮板式是依靠遮
板来阻止灰尘直 接进入测量管； •靠背式是因为测 压管孔径较大而
不易堵塞。 （a）吸气式 （b）遮板式 （c）靠背式
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第1节 流体速度大小的测量
例：如图所示，在皮托管上连
接酒精比压计，测定风管中的 某点风速，已知微压计斜管的 倾角为30度，l=50mm，酒精 密度为800kg/m3，空气密度为
1.255kg/m3，标定系数为1.0，
试求管内该点的风速。
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第1节 流体速度大小的测量
2、可压缩性对气流速度测量的影响
在高速气流中必须考虑影响气体密度的压力绝对值，因为气流速度的变化会
引起压力变化。可压缩气流的速度V不是由压差确定而是由压力比决定，因 此在测量气流速度时，要分别测出气流的总压及静压。
式中，k是气体的等熵指数，对于空气，k=1.4。
最后得到考虑可压缩性时，气流速度的公式为
1、速度探针 测量原理：跟据不可压缩流体中柏努利方程：
V
2( p0 ps )

因此只要测出流体的总压，静压以及流体的密度就
可用上式求出流体的速度。
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第1节 流体速度大小的测量
L形皮托管
（a）带半球形头部的标准皮托管
（b）带锥形头部的皮托管
4
第1节 流体速度大小的测量
V
2p
1 p c0 V 2 2
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第2节 二维流场中流动方向的测量
球形三孔测速管构造
1-赤道面； 2-子午面； 3-三孔感压球形探头； 4-接管； 5-干管； 6-传压管； 7-分度盘； 8-指针； 9-锁紧螺钉； 10-键槽； 11-接嘴
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第3节 三维流场中流动方向的测量
1、四孔圆柱探针
2, 3, 4——方向孔 1——总压孔
I→ v T
T →v 恒流型
恒温型
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第4节 热线风速仪
35
36
第4节 热线风速仪
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二．散热率法测量流速
38
39
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第4节 热线风速仪
1－支架 2－电机 3－风机 4－闸板阀 5－皮托管 6－管线 7－旋风分离器 8－热线探头 9－热线风速仪 10－计算机系统
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第4节 热线风速仪
2
2 c1 2 c 1 ps K1 2 c c2 2 c2 1 ps K 2 2 c
2 c3 2 c c p3 ps 1 ps K3 2 c 2
60-8800
1-140.0 0-60 32-140
10
0.1 0.1 0.1
± 3% or 10 位
± 3% or 0.1 位 ± 0.8 ± 1.5
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第4节 热线风速仪
工作原理： 用恒定电流对热丝加热时，由于流体对热线有冷却 作用，而流体冷却能力随流速的 增大而加强，因此，可 根据热线温度的高低(即热丝电阻值的大小)来测量流体 的速度，这便 是 等电流法测量流体流速的原理。 如果保持热线的温度一定(即电阻一定)，则可建立
c4 2 c c2 p4 ps 1 ps K 4 2 c 2
2
22
第3节 三维流场中流动方向的测量
p3 p1 K3 K1 p3 p1 K3 K1
c
2
2
c2
2
p3 p1 K p2 p4
所指示的压力相等时，两孔的对称中心就与流动方向一致。 这时相对于一定的 参考方向(初始位置)就可以决定流动方向 角。 （2）不对向测量——将两孔的对称轴固定在某一参 考方
向，测量两孔的压力差，根据校正曲线(两孔压差与流动方向
的关系)确定流体方向。
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第2节 二维流场中流动方向的测量
L 型及 U 型探针
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第5节 流量测量 1、流量是三大工业过程控制量 （压力、温度、流量）之一； 2、石油、天然气、化工原料等流
体的计量直接关系到国家利益；
3、自来水、灌溉、污水处理等关
系到国计民生。
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大型化工企业中，流量是 控制工艺过程和保证产品 质量的关键因素。
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第5节 流量测量
1．流量：单位时间内流过流体的量，亦称瞬时
48.0
90பைடு நூலகம்
46.0
44.0
U/(m/s)
75
42.0
U/(m/s)
60
40.0
45
38.0
30
36.0 -0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
t/s
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
-0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
t/s
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热线风速仪的进一步细节可参考： 1 盛森芝、沈熊、舒玮：《流速测量技术》 2 盛森芝、徐月亭、袁辉清：《热线热膜流 速计》 2 戴昌晖：《流体流动测量》 3 Goldstein,R.J.， 《流体力学测量》
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第4节 热线风速仪
Rw R0 [1 (Tw T0 )]
2 Iw
(a ' b ' u n )(Tw T f ) R0 [1 tw t0 ]
a F a' d b Fd n 1 b' vn
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第4节 热线风速仪
I 2 R0 1 Tw T0 a , (Tw T f ) u b, Tw T f
1．差压式流量计：如：毕托管、孔板、喷嘴、文丘里管、
转子流量计等
2．速度式流量计：流体推动叶轮旋转，叶轮转速与流速成 正比。如：水表、涡轮流量计。 3．容积式流量计：流量计在被测流体的推动下，将流体一 份份封闭在测量腔体内，并一份份推送出去，根据单位 时间内推送出去的体积数实现流速的测量。 4．其他类型流量计：电磁流量计、涡街流量计、超声波流
v12 p1' v2 '2 p2 ' 2g 2g 由连续性方程： S1v1 S2v2 '
第4章 流速和流量的测量
1
第4章 流速和流量的测量
掌握稳态流体速度的测量原理及方法； 掌握几种速度探针的原理及结构； 掌握热线风速仪及多普勒测速仪的原理及测量电路； 掌握速度方向的测量原理和几种方向探针的结构及 使用方法； 掌握流量测量原理和几种流量计的工作原理及结构。
2
第1节 流体速度大小的测量
l
d1
3 ~ 9, 45 ~ 60 , d 1 1.0mm, d 2
d1
0.7
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N out cut N incut
第2节 二维流场中流动方向的测量
圆柱三孔式探针
测量流 体总压 测量流 动方向
45 , l 2d, d 2.5mm
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第2节 二维流场中流动方向的测量
流方向角的变化率为最大，即
dP d maximum
（2）方向探针的灵敏度
2P d c 2 n d
P P P2 1
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第2节 二维流场中流动方向的测量
2、测量方法 方向测量通常有两种方法：对向测量和不对向测量。
（1）对向测量——使探针绕其本身的轴转动 ，当两测孔
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第5节 流量测量 基本流体方程
连续性方程
伯努利方程
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第5节 流量测量
连续性方程
1
2
1v1 A1 2 v2 A2
为某截面积上的平均速度 A2
截面积：A1 流 速： 1 密 度：ρ1
const v1 A1 v2 A2
不可压缩的流体在稳定流动时，流 过各截面流体的体积为常量。
4 4 Ma 2 2 k Ma , 0.2% 4 24
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第2节 二维流场中流动方向的测量
1、测量原理：
基于流体对物体绕流时，物体表面的压力
分布与流动方向有确定关系

p1 p2
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第2节 二维流场中流动方向的测量
（1）方向孔最佳位置的确定：必须满足该点的压力对于气
2 p0 ps V s 1
式中，ε是对可压缩性的修正系数，
它与马赫数Ma有关
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第1节 流体速度大小的测量
ε与Ma三种近似关系： 第一种情况，Ma<0.2,
0 , 1%
1%
第二种情况， 0.2<Ma<=0.8 , Ma 2 ,
第三种情况，0.8<Ma<=1 ,
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第3节 三维流场中流动方向的测量
p3 p1 K3 K1 p0 ps p2 p4 K2 K4 p0 ps p2 ps K2 p0 ps
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其他流速测量方法
一．机械法测量流速
1．种类：翼式、杯式
适用范围： 以前：风速范围为15—20m/s以内，只能测量流速的平均值， 不能测量脉动流。通过机械仪表用指针指示。 目前：测速范围为0.25—30m/s，并且可测量流速的瞬时值。 25 可将叶轮的转速转换成电信号。
p2 ps K0 c 2
2
p1 ps K1 c 2
2
p2 p1 K0 K1 c 2
2
c
2 p2 p1 K 0 K1
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第2节 二维流场中流动方向的测量
（a）球形 （b）尖劈形 （c）普通圆柱形 （d）发散圆柱形 （e）聚合圆柱形
1 n
I 2 R0 1 Tw T f T f T0 a , (Tw T f ) u b, Tw T f
1 n
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第4节 热线风速仪
u f I , Tw
测量方法：恒电流法、恒温法
I 都需要对流 体温度值进 行修正
v
v2
ρ2
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第5节 流量测量
伯努利方程
势能
动能
压力能
+
流体能
v p1 v2 p2 gh1 gh2 2 1 2 2
2 1
2
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流量计分类
总量 流量计 瞬时 流量计 体积 流量计 容积式 速度式 压差式 流体阻力式 测速式 流体振动式
质量 流量计
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流量计分类
热线电流和流体速度的关系，这也就是等 温法的原理。
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第4节 热线风速仪
Q QR Q F (Tw T f ) QR I Rw
2 w
Nu d n Nu a b Re
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第4节 热线风速仪
I Rw (a ' b ' u )(Tw T f )
2 w n
a F a' d n 1 b Fd b' n v
杯式
翼式
2.测量原理
空气通过转杯时，推动叶片转动。根据 叶片的角位移推算流过的空气量
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AVM-03风速计
风速计
檔位 M/S KNOTS
测量范围 0.3-45.0 0.6-88.0
分辨率 0.1 0.1
误差 ± 3% or 0.1 位 ± 3% or 0.1 位
ft/min
Km/hr 温度(AVM-03) 温度(AVM-03) ℃ ℉
量计、质量流量计等。
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第6节 节流压差式流量计
1-节流元件 2-引压管路 3-三阀组 4-差压计
节流式流量计组成与实物图
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第6节 节流压差式流量计
文丘利管 文丘利管压力损 失最小，而孔板 压力损失最大。
喷嘴
孔板
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常用的节流装置
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1、测量原理及流量方程
选定两个截面，I—I是节流装置前 流体开始受节流装置影响的截面； II-II是流束经过节流装置后收缩最 厉害的流束截面，由伯努利方程 式得
流量。
2．总流量：在一段时间内流过流体量的总和， 也可用在这段时间内对瞬时流量的积分。 3．平均流量：总流量除以得到总流量的时间间 隔称该段时间内的平均流量。
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表达方式
qm—质量流量 kg/s qw—重量流量 kgf/s
qv—体积流量 m3/s
转换关系：
qm
qw q v g
•标准体积流量：温度为20℃，压力为一标 准大气压测得的体积流量为标准体积流量。