热工测试技术第5章 流体速度及速度测试技术
热工测量第5章流速测量
5.2 流动方向的测量
3.两管形方向管 在只需要测量气流方向的场合,可用两根针管制成两管形方向管。其斜 角在45°~60°之间,两管要尽量对称,以斜角向外的较常用。如图5-10a所 示,两方向孔的距离小,测量结果受气流横向速度梯度的影响也小,当刚性较 差时,方向管的使用方法大致与复合管相同。
(2)测压管的校验 被校验的测压管与标准测压管读数进行对比实验, 以标准表读数为真值做被校验仪表的校验曲线。由于风速与被测气流的温 度、湿度及大气压等因素有关,对比实验时,应同时测出这些量作为参考因 素。
5.2 流动方向的测量
速度是矢量,不仅有大小,还有方向。方向测量可以分为平面和三维空 间气流的检测。本节主要介绍平面气流的测量。平面气流的测量包括气流 方向和气流速率的测量。测量气流速率的依据是不可压缩流体对某些规则 形状物体的绕流规律;流动方向是通过测量流速在不同方向的变化得到的, 可以在测压管得到不同方向的压力来反映速度的变化。
5.2 流动方向的测量
为了保证安装测压管的位置及方向,通常都在测压管上焊接一方向块, 焊接时尽量使方向块的平面与总压孔2的轴线相平行,方向块的平面就作为 测压管的原始位置,即几何轴线。
在使用时,几何轴线和气动轴线分别对应于坐标架刻度盘上的一个读数, 几何曲线与气动轴线的夹角称为校正角,如图5-8所示。校正角和校正曲线 一样,是在校正风洞上得到的。由于工艺上的原因,气动轴线、几何轴线及 总压孔2的轴线三者不一定平行。气流方向与气动轴线的夹角称为气流偏 角。气流偏角正负的规定:气流方向在基准方向的左侧,取正号;气流方向在 基准方向的右侧,取负号。α以几何轴线为基准方向,αc以气动轴线为基准方 向。
绪论热工测试技术
第31页/共34页
• 以飞镖打靶时为例（用靶心表示其目标值位 置）：
（a）和（b）图表示射击的准确度好与差，即系统 误差的大小，
（c）和（d）表示射击的精密度好与差，即重复误 差的大小；
（e）图表示精密度和准确度都比较好，称为精确度 高，这时系统误差和重复误差和都比较小。
第21页/共34页
累进性
按复杂规律变化 周期性
恒值
系统误差的特征
第22页/共34页
． 2 随机误差
在相同测量条件下，对同一被测量进行多次测量， 由于受到大量的、微小的随机因素的影响，测量误差 的绝对值的大小和符号没有一定的规律，且无法简单 估计，这类误差称为随机误差。
指测量者无法严格控制 的因素
第6页/共34页
第7页/共34页
二、热工测试技术
• 定义：热工测试是指在热工过程中对热工参数（如温度、压力、流量、成 分等）的测试，
• 意义：是判断热力设备质量指标的重要手段 • 举例：等速管采样.swf
第8页/共34页
1.2 热工测试方法及手段
一、测量方法
1、直接测量与间接测量 2、接触测量与非接触测量 3、静态测量与动态测量 4、手动测量与远动、运动、自动测量 5、点的测量与场的测量 6、单纯测量与组合测量
第3页/共34页
本.
拉
登
卫
星
定
位
第4页/共34页
第5页/共34页
1.1 热工测试的意义
一、测试的意义
1．测量的意义： 将被测系统中的某种信息检测出来，并加以量度。
2．试验的意义： 在测量过程中，人们借助于专门工具，通过试验和对
试验数据的分析计算，求得被测量的值，获得对于客观 事物的定量的概念和内在规律的认识。
05速度测试技术(热工测试技术)
C、当热线置于速度U未知的流场中，若U↑则Tw↓Rw↓导致热线 V↓，记录该V值，在标定曲线上则可查得V值对应的U值（调节 R使A保持不变，维持恒流）。 D、记录不同的电压V值，则可得到不同的速度U值。
V伏 铂丝 L=10mm d=0.127mm Iw=0.118A
恒流型热线风 速仪校正曲线
2.0
K j e / u j B / Ae 1 M cc j
幅频特性：
e/u
*
K 1 ( M cc )
1
2
相频特性：
tg ( M cc )
分析恒流型热线的动态响应特性，由于热线的热惯性造成测量 的动态误差。反映在输出的电信号上振幅衰减、相位滞后 。 例：一恒流式热线，钨丝
Iw=常数
脉动速度 U 热线
e=Iwrw 脉动电压
rw
脉动电阻
②方程的测量意义
热线的动态方程为一阶惯性环节；
一阶环节的动态特性参数为时间常数Mcc。 ③方程的动态响应特性
当输入量为一正弦脉动速度，热线风速仪输出为一正弦脉动电压：
u( ) u * sin t
用频率型传递函数表示：
K j t e( t ) u * e 1 jM cc
为了从理论上建立总压和静压之差与流速的关系，我们先考虑理想 情况，即忽略流体的粘性、压缩性，并假设流动是不随时间变化的 定常流动。由流体力学可知，毕托管顶端的 M点和下游的 N 点是同 一流线上的两点，因此，根据理想不可压缩流体的伯努利 （D.Bernoulli）方程有以下关系式 2 Po U P
BR 2( R f
2 f
2 / f Iw 3/ 2
fI
2 w
1 )2 U 2
流体流动速度测量
流体流动速度测量1. 引言流体流动速度的测量在科学研究和工程应用中具有重要意义。
流体的速度是指流体中质点在单位时间内通过某一截面的位移量，是流体动力学中的重要参数之一。
流体流动速度的准确测量可以帮助我们深入了解流体运动特性，为相关领域的设计和工程提供重要依据。
本文将介绍一些常用的流体流动速度测量方法及其原理，包括瞬时速度测量、平均速度测量和流速剖面测量。
2. 瞬时速度测量瞬时速度测量是指对流体在某一时刻的流动速度进行准确测量。
常用的瞬时速度测量方法有以下几种：2.1 流体力学方法流体力学方法是最常用的瞬时速度测量方法之一。
通过在流体中放置一根细长的测量探针，可以测量探针所受到的流体阻力，并由此计算出流体的速度。
常用的流体力学方法包括细管测速法、流速计和压力差法。
2.2 光学方法光学方法利用光的传播速度和干涉现象来测量流体的瞬时速度。
常见的光学方法包括激光多普勒测速法和激光干涉测速法。
激光多普勒测速法通过测量流体中散射的激光的频率变化来计算流体速度。
激光干涉测速法则是利用光的干涉现象，通过测量干涉图案的变化来计算流体速度。
2.3 声学方法声学方法是利用声波在流体中传播的时间来测量流体速度的方法。
常见的声学方法包括超声多普勒测速法和声速仪。
超声多普勒测速法通过测量流体中散射的超声波的频率变化来计算流体速度。
声速仪则是通过测量声波在流体中传播的时间来计算流体速度。
3. 平均速度测量平均速度是指在一定时间内流体通过某一截面的平均速度。
常用的平均速度测量方法有以下几种：3.1 流量计流量计是一种常用于测量流体平均速度的仪器。
常见的流量计有涡街流量计、浮子流量计和电磁流量计等。
这些流量计利用流体运动时产生的一些物理量的变化来计算流体的平均速度。
3.2 瞬时速度测量的平均瞬时速度测量方法中得到的一系列瞬时速度可以进行平均运算，得到平均速度。
这种方法适用于瞬时速度变化较小的情况。
4. 流速剖面测量流速剖面是指流体在某一截面上的速度分布情况。
热工测试技术PDF
一、概述二、温度的测量三、压力的测量四、湿度和干度的测量五、流速和流量的测量六、热量和热流的测量七、功率的测量1、热工基本量基本热工量有温度、压力、流速、流量、湿度、干度、热量与功率等。
2、热工测量仪表及其组成 1 传感器传感器是仪表与被测对象直接发生联系的部分因此也常称作敏感元件或一次元件。
2 传输器传输器的作用是将传感器的输出信号传输给显示器。
3 显示器热工测量的最终结果通过显示器向人们反映出按测参量的数值和变化也常被称作二次仪表。
3、仪表的一般指标1 仪表的误差绝对误差仪表的指示值与被测参量的真实值的差值。
相对误差绝对误差与被测参量的真实值的比值。
基本误差在规定的正常工作条件下仪表具有的最大绝对误差与仪表的量程范围之比仪表的基本误差是仪表质量的主要指标之一。
2 仪表的量程仪表能测量的最大输入量与最小输入量之间的范围称为仪表量程或测量范围。
3 仪表的精确度精度仪表的精确度是表征仪表指示值与被测真值接近程度的质量指标。
4 仪表的灵敏度灵敏度是衡量仪器仪表质量的另一重要指标其定义为仪表的输出量变化与对应的被测参量输入量变化之比。
5 仪表的分辨率仪表的分辨率也是仪器仪表的重要指标之一。
它表明仪表响应输入量微小变化的能力。
6 仪表的线性度线性度的好环以非线性误差即实际值与理论值之间绝对误差的最大值和仪表量程范围之比的百分数来表示。
7 仪表的重现性在同一测量条件下多次按同—方向使输入信号作全量程范围的变化时对应于同—输入值仪表输山值的一致性程度称为重现性。
1、温度是—个十分重要的热工参量。
从微观上说它反映物体分子运动平均动能的大小而宏观1上则表示物体的冷热程度。
2、测量温度的方法测温方法有很多按照测量体是否与被测介质接触可分为接触式测温法和非接触式测温法两大类。
接触式测温法的特点是测温元件直接与被测对象相接触两者之间进行充分的热交换最后达到热平衡液体玻璃温度计热电偶温度计热电阻温度计等均属于此类。
当用光学高温计、辐射高温计和红外探测器测温时感温元件不与被测对象相接触而是通过辐射进行热交换称为非接触测温法。
注册暖通基础考试热工测试技术部分总结(含考试大纲)
注册暖通基础考试热工测试技术部分总结(含考试大纲)1、测量技术的基本知识测量 精度 误差 直接测量 间接测量 等精度测量 不等精度测量 测量范围 测量精度 稳定性 静态特性 动态特性 传感器传输通道 变换器● 测量精度：① 精密度：多次重复测量所得测量值之间接近程度。
随机误差小，精密度高； ② 准确度：表示测量值与被测量真值之间符合程度。
系统误差小，准确度高； ③ 精确度：准确度和精密度的综合反映。
● 测量误差：① 系统误差：遵循特定规律，观测值一个方向偏，重复多次几乎相同，经过校正和处理可以消除误差；② 随机误差：无一定的规律，观测值变化无常（但服从正态分布）；③ 粗大误差：人为过失，偶然外界干扰造成的误差。
（观测结果与事实不符，认真操作可以消除误差）● 测量范围：被测量在满刻度的三分之二左右，能提高测量精度。
● 仪表精度：允许误差与量程的比值；去掉%就是精度等级；应用：选表选好表，定级定次级。
● 仪表稳定性：两个指标来表示——稳定度和环境影响系数。
● 静态特性：灵敏度、量程、精度等级、线性度、变差；动态特性：时间常数T 。
2、温度的测量热力学温标 国际实用温标 摄氏温标 华氏温标 热电材料 热电效应膨胀效应测温原理及其应用 热电回路性质及理论 热电偶结构及使用方法 热电阻测温原理及常用材料、常用组件的使用方法 单色辐射温度计 全色辐射温度计 比色辐射温度计 电动温度变送器 气动温度变送器 测温布置技术● 温标三要素：温度计、固定点、内插方程。
● 经验温标：摄氏、华氏（水银做测温介质，受热膨胀原理）● 热力学温标：分子运动停止时温度为绝对零度；和物性无关的温标；热力学温标是一种理论温标，不能付诸实用。
T =t +273.15 ● 国际实用温标（T ）：水的三相点温度273.16K ，冰点温度273.15K ； ● 摄氏温标（t ）：标准大气压下，水的冰点0℃。
t =59(F −32)● 华氏温标（F ）：标准大气压下，纯水的冰点温度为32℉，沸点温度212℉● 热电材料：T 型准确度最高；E 型灵敏度最高；J 型最通用，可在氧化、还原性气氛；S 、B 型不适于还原性气氛。
热工测试技术流速和流量的测量详解
系到国计民生。
44
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。
45
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 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。
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 量计、质量流量计等。
54
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
55
第6节 节流压差式流量计
文丘利管 喷嘴
文丘利管压力损 失最小，而孔板 压力损失最大。
孔板
56
常用的节流装置
57
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
v12 p1' v2'2 p2'
2g 2g
由连续性方程：
S1v1 S2v2'
节流元件附近流速和压力分布情况
S2 S0
称为流束的收缩系数，其大小与节流装置的类型有关 58
1、测量原理及流量方程
v1
v2
S0 S1
mv '2
v2 '
1
流体力学实验中的流速测量方法与技巧
流体力学实验中的流速测量方法与技巧流体力学实验是研究流体运动性质及其相互关系的重要手段。
在流体力学实验中，流速的测量是一项关键工作，正确的测量方法和技巧能够保证实验结果的准确性和可靠性。
本文将介绍一些常见的流速测量方法与技巧。
一、静态压力法静态压力法是流速测量中最基本也是最常用的方法之一。
其原理是根据流体在流速改变时压力的变化来进行测量。
实验中通常使用U型压力计或毛细管压力计作为测量工具，通过测量不同位置的静压差来计算流速。
静态压力法的优点在于原理简单易操作，且适用于多种流体，但是对于非恒定流动和高速流体测量来说准确度相对较低。
二、浮子法浮子法是一种常用的流速测量方法，特别适用于液体中的小流速测量。
浮子法的基本原理是通过观察流体中浮子的移动速度来反推流速。
在实验中，可以通过测量流体引起的浮子垂直位移和时间来计算流速。
这种方法适用于透明流体和低流速条件下，精度较高。
三、紊流产生器法紊流产生器法是一种流速测量方法，适用于需要高精度和高速流动条件的实验。
该方法利用流体在紊流产生器中的流动特性，通过测量不同位置的压力来计算流速。
紊流产生器通常由多个孔径不同的管道组成，使得流体在通过管道时产生紊流。
通过测量不同位置的压力差，可以推算出流速的的变化。
这种方法可用于高精度流速测量以及流态分析的实验。
四、激光多普勒测速法激光多普勒测速法是一种非接触式的流速测量方法，适用于流场内的流速分布和测量点移动的实验。
该方法基于多普勒效应，通过激光束对流体中的颗粒进行照射，然后接收颗粒散射的光信号来测量流速。
激光多普勒测速法的优点在于高精度、非侵入性和对悬浮颗粒和液体的适应性。
然而，该方法的设备较为昂贵，操作也要求精准。
五、喷嘴法喷嘴法是一种通过利用流体在喷嘴中的速度变化来测量流速的方法。
喷嘴法根据流体在收缩截面和扩张截面中速度的变化来推算流速。
实验中，可以通过测量喷嘴出口的压力差、流量以及喷嘴的截面积来计算流速。
这种方法适用于气体或液体的流速测量，但是喷嘴的设计和实验过程需相对复杂。
《热能与动力工程测试技术(第3版)》俞小莉(电子课件)第6章 流速测量(俞老师)
第6章流速测量
6.4 粒子图像测速技术 2.粒子图像测速（PIV）信号处理 a.自相关分析
自相关分析采用单帧多脉冲法拍摄的图像，通常将两次曝光的粒子图像 记录在一张底片上，承载粒子对相关信息的区域具有三个明显的峰值：一个 中央自相关峰值和位于其两侧的两个位移峰值，两个位移峰值对应的位置决 定了粒子的位移，如上图所示。
1—稳流段 2—总压管 3—收敛器 4—静压测孔 5— 被校测速管 6，7— 微压计
第6章流速测量
6.1 皮托管测速技术 皮托管标定的基本步骤可以概括为:
第6章流速测量
6.2 热线（热膜）测速技术
热线（热膜）测速是一种热电式测速技术，其相应的测量装置通常称为热线风速仪。
1.热线风速仪的基本构造 热线风速仪由探头、信号和数据处理系统构成。
第6章流速测量
6.3 激光多普勒测速技术 1.激光多普勒测速原理
f s fi
1
i
v K s - K i fi
2 sin
2v n
f D f s fi
2sin
2v
n
i
i
第6章流速测量
6.3 激光多普勒测速技术 2.测量多普勒频移的基本光路系统 基本方法:直接检测&外差检测
式中，为皮托管的校准系数，Ma为马赫数，为气体的压缩性修正系 数，k为气体的等熵压缩（或膨胀）指数，对于空气，k =1.40。
第6章流速测量
6.1 皮托管测速技术
直角型（L型）皮托管
a)带半球形头部的标准皮托管 p0 总压 p 静压 b) 带锥形头部的皮托管 d 皮托管头部直径
第6章流速测量
参考光束系统光路示意图
LS—激光器 S—分光镜 M─反射镜 L1—透镜 P—运动的微粒 N—光阑 L2—透镜 PD—光电检测器
热工测试技术
五 、测量数据与误差表达 对某物理量进行等精度n次测量，得到一组 测量值，如何表示其测量结果，如何对一些 可疑值进行处理，数据的可信度是多少？ 一般步骤： 记录测量时日期及大气状态 记录仪器仪表本身的测量精度，生产厂家、 型号 测量次数n要求足够大（避免随机、过失误 差…...） 拟定一个危险率（可能把好值判错的概率 或把坏值判为好值的概率）
±
上海地理
上海市，位于北纬31度14分， 东经121度29分。 上海市面积6340.5平方公理，南北长约120公里，东西宽 约100公里。 其中市区面积2643.06平方公里，郊县面积 3697.44平方公里； 陆地面积6219平方公里，水面面积 122平方公里。境内辖有崇明岛，面积为1041平方公里， 为我国第三大岛。 上海年平均气温16℃左右。 全年无霜期约230天，年平 均降雨量在1200毫米左右，但一年中60％的雨量集中在5 至9月的汛期，汛期有春雨、梅雨、秋雨三个雨期。7、8 月份气温最高，月平均约28℃；1月份最低，月平均约 4℃。
本课程是培养学生解决实际工程测量问题能力的专业 基础课，具有很强实践性。 基础课，具有很强实践性。学习时应充分利用课程所开设 实验和仿真实验。 实验和仿真实验。 只有通过足
够的实验和 仿真实验操 作，才能得 到应有的实 际动手能力 培养和更好 的掌握书本 知识。 知识。
理论学习、实 理论学习、 践学习、 践学习、研究 学习三元并重. 学习三元并重.
上海950年一遇地震，烈度7 3280年一遇地震，烈度8.5 12级台风 36 m/s，风荷载使卢浦大桥相当于自重30～50 ％的力，造成上下数十厘米的等幅振动，软土基上建拱 桥，水平推力2万吨 。
轿车车身由300－500由具有复杂空间曲面薄板冲 压零件，经100多个装配工位（薄板、模具、定位、 焊接）。 “3Sigma法则”，即在稳态下不合格品率达到 3Sigma 2.72‰（10-3，千分率）的水平，而现在则提出 “6Sigma法则”，即在稳态下不合格品率达到2PPB （PPM即Parts Per Million，10-6，百万分率，PPB即 Parts Per Billion，10-9，十亿分率）的十亿分率水平。 也就是说，对不合格品率的要求比过去严格了2.2‰ / 0.002PPM=135万倍。
热工测试技术-概述PPT幻灯片
1
教材与参考书推荐
教材：严兆大主编，热能与动力工程测试技术（第2 版），机械工业出版社
参考书目：
严兆大主编，内燃机测试技术，浙江大学出版社； 郑正泉等编，热能与动力工程测试技术，华中科技大学出版社； 吴永生等编，热工测量及仪表(第2版)，中国电力出版社； 吕崇德主编，热工参数测量与处理 （第2版），清华大学出版社.
/
41
3、测量分析仪器
美国国家仪器公司(全球最大的计算机虚拟仪器生产商)
/
美国Agilent公司(原惠普公司仪器部，著名的测试仪器商)
/
42
第二节 测量的基本概念
1.测量的基本概念 通过试验手段将被测物理量与另一同名的作
为单位的物理量比较，以确定两者之间的比值。 确定一个数值未知的物理量的过程。
测量科学技术：是一门完整的、独立的学科。主 要研究测量原理、测量方法、测量工具和测量数据 处理等。
43
例：确定某人的身高 通常采用标准长度的米尺(一个预定标准)对其进
行测量，通过被测量与预定标准之间的定量比较， 从而得到此人实际的身高(被测对象的数值结果)。
物理量
标 定 装
测量 装置
置
传 感 器
电量
信 号
电量
调
理
信 号 处 理
电量/数字量 显 示 记 录
激励 装置
反馈控制
非电量电测法的测试系统框图
观察 者
34
测试技术的发展趋势
1、传感器方面
a)利用新发现的材料和新发现的生物、物理、化学效 应开发出的新型传感器
生物酶血样分析传感器
公用设备工程师-专业基础(暖通空调、动力)-热工测试技术-5.5流速的测量
公用设备工程师-专业基础（暖通空调、动力）-热工测试技术-5.5流速的测量[单选题]1.下列关于测速仪的叙述，错误的是()。
[2019年真题]A.L型动压管不适用于测量沿气流方向（江南博哥）急剧变化的速度B.圆柱型三孔测速仪可用于空间气流流速的测定C.三管型测速仪的特性和校准曲线与圆柱型三孔测速仪的类似D.热线风速仪可用于动态测量正确答案：B参考解析：A项，L型动压管又称毕托管，是传统的测量流速的传感器，其与差压仪表配合使用可以通过被测流体压力和差压，间接测量被测流体的流速。
因此总压和静压不在同一截面上，不适用于测量沿气流方向急剧变化的速度。
B 项，圆柱型三孔测速仪只适用于平面二维测速，常见的空间气流测速仪器有球型五孔测压管、五管三元测压管、楔型五孔测压管。
C项，三管型测速仪和圆柱型三孔测速仪均适用于测试平面气流，因此三管型测速仪的特性和校准曲线与圆柱型三孔测速仪的类似。
D项，热线风速仪的探头尺寸小，响应快，测量精度高，重复性好，使用计算机实现数据采集处理，可实现实时动态测量。
[单选题]3.热线风速仪可分为恒温工作方式和恒流工作方式，下列叙述错误的是()。
[2016年真题]A.恒流工作方式是指恒定加热电流B.恒温工作方式是指恒定环境温度C.恒温工作方式是指恒定热线温度D.恒温工作方式和恒流热线电阻的工作方式相同正确答案：B参考解析：热线风速仪有两种工作模式：①恒流式，又称定电流法，即加热金属丝的电流保持不变，气体带走一部分热量后金属丝的温度就降低，流速愈大温度降低得就愈多，温度变化时，热线电阻改变，两端电压变化，因而测得金属丝的温度则可得知流速的大小。
②恒温式，亦称定电阻法（即定温度法），改变加热的电流使气体带走的热量得以补充，而使金属丝的温度保持不变（又称金属丝的电阻值不变），如保持150℃，这时流速愈大则所需加热的电流也愈大，根据所需施加的电流（加热电流值）则可得知流速的大小。
综上所述，恒温式热线风速仪的工作方式是指恒定热线温度，故B项错误。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
图5.61 粒子浓度及位置对信号质量的影响
76
图5.62 反向速度造成波形失真（图中κ=θ/2）
77
图5.63 具有频移的速度—频率特性（图中κ=θ/2）78
2
5.1.1 1.皮托管测速原理 要了解皮托管的测速原理，首先需要弄清楚 皮托管的构成。皮托管是一根弯成直角形的金属细 管，它的内部结构可以简化成如图5.2 2. 设计皮托管最主要的要求是：尽一切可能保 证总压孔和静压孔所接受到的压力真正是被测点的
3
图5.1 皮托—静压管流速计示意图
4
图5.2 皮托管构成原理图
5
5.1.2 1.L型探针 2. 3. 4.
6
图5.3
7
图5.4
8
图5.5 用于测量高含尘浓度气流的动压管
9
5.2 5.2.1 工业生产和科学实验中遇到的流动过程，常常 是非稳态过程。用以皮托管为代表的测压管来测量 非稳态过程的流体流动速度，由于测压管是通过测 压管上的静压孔和总压孔来感受流体的压强，将被 测量流体的速度转换成微压计上液柱高度的变化再 通过计算而得到流体的速度值。
14
图5.8 恒流型热线风速仪V—U标定曲线
15
图5.9 桥式恒温型热线风速仪
16
2. 1 ① ②热线在流体中的数学模型 2
17
3 ① ② ③恒流型热线的动态特性方程和动态响应过程 ④恒温型热线的动态特性方程和动态响应过程
18
图5.10 热线在流体中的换热模型
19
图5.11 热线在流体中热平衡
1
5.1 速度测量的力学方法实质上是将以较高速度流 动的流体所呈现出的压力用测压管感受出来通过微 压计上的液柱高低示值测量出来。这种将速度量转 换为液柱差的方法称为速度测量的力学方法。用力 学方法测量流速，速度的大小（速率）可在被测点 上分别测得其总压和静压，经计算求得，也可以将 总压管和静压管合在一起，组成所谓的动压管来进 行测量。
45
图5.34 典型的激光测速系统
46
1. 1 2 3）LDV 4）LDV
47
图5.35 静止光源与运动粒子速度矢量图
48
图5.36 运动粒子反向朝静止光源运动
49
图5.37 运动粒子正向离静止光源运动
50
图5.38 运动粒子正向朝静止光检测器运动
51
图5.39 运动粒子正向朝静止光检测器运动
35
4 ① ② 5 ① ②
36
图5.27 指数n随速度变化曲线
37
图5.28 校准风洞示意图
38
图5.29 喷嘴—U型压力计式校准装置
39
图5.30 恒流型热线风速仪电路简图
40
图5.31 恒流型热线风速仪校准曲线
41
图5.32 恒温型热线风速仪电路简图
42
图5.33 雷诺剪应力的测量框图
第5章 流体速度及速度测试技术
在热工测试中，常常需要测量工作介质在某 些特定区域的流速，以研究其流动状态对工作过 程和性能的影响，因此，流体速度是描述热物理 过程工质运动状态的重要参数之一。流体速度（ 流量）是指流体质点（或微团）的速度。它是描 绘流场的重要参数。速度是一个矢量，它具有大 小和方向，流体速度的测量包括流体质点的平均 速度和方向，流体脉动速度的均方根以及脉动速 度的相关参数。
59
图5.46 参考光模式光路
60
图5.47 单光束双散射模式光路
61
图5.48 单光束双散射模式光路
62
图5.49 双光束双散射模式光路
63
图5.50 粒子散射光强3分 ① ② 3
65
图5.51 双光束双散射模式光路
66
图5.52 分光系统示意图
67
图5.53 两列光波叠加
43
5.3
速度测量的光学方法
5.3.1 1. 由速度测量的发展可以看出，用机械测量探针 来获得流体速度的信息是实验流体力学多年常用的 方法。 2. 流体流速测量的非接触式方法就是利用光学的 方法进行测量，称之为速度测量的光学方法。
44
5.3.2 典型的激光测速系统如图5.34所示，由五个部 分组成。激光器作为光源将发出的光经入射光学单 元按照一定的要求分成多束互相平行的照射光束， 通过聚焦透镜会聚到运动流体中的测量点上。运动 流体中的微粒在经过测量体时会对入射激光束向四 周发出散射光， 收集系统光学单元的功能就是收 集粒子的散射光再经过光学外差和光电转换过程得 到具有多普勒频移频率的光电流信号送入信号处理 器。
52
图5.40 运动粒子与静止光检测器矢量图
53
图5.41 静止光源、运动粒子和静止光检测器
54
图5.42 静止发射器、飞机和静止接受器
55
图5.43 典型的频率速度曲线
56
图5.44 典型的激光多普勒测速光路布置
57
2. 1 2）三种常见的外差检测基本模式和光路结构 ① ② ③
58
图5.45 侧前向参考光模式光路
20
图5.12 恒流型热线的线性度
21
图5.13 恒流型热线灵敏度与速度的关系曲线
22
图5.14 恒温型热线的线性度
23
图5.15 恒温型热线灵敏度与速度的关系曲线
24
图5.16 脉动速度的平均分量与脉动分量
25
图5.17 恒流型热线的动态响应过程
26
图5.18 恒流型热线的动态校正环节
68
图5.54 双光束光路控制体的主要光学参数
69
图5.55 双光束光路控制体的干涉条纹
70
图5.56 双光束光路控制体干涉条纹移动
71
图5.57 干涉条纹几何关系
72
图5.58 激光光束高斯光强分布图
73
图5.59 控制体的条纹畸变
74
图5.60 条纹宽度与粒子尺寸对LDV的影响
75
27
图5.19 恒流型热线的传递函数
28
图5.20 电阻电感式四端网络
29
图5.21 微分补偿放大器电路
30
图5.22 微分补偿放大器并连环节传递函数方框图 31
图5.23 方波电路补偿环节传递函数方框图
32
图5.24 补偿的方波调节
33
图5.25 恒温型热线风速仪原理图
34
图5.26 恒温型热线风速仪阶跃响应曲线
10
5.2.2 所谓热线风速仪，就是利用放置在流场中的一 根通以加热电流，细且长和具有高电阻率的金属丝 来测量风速的仪器。直径为1～5个微米（μm）， 长度为0.2～2 mm的金属丝由于被电流加热置于流 体流动的流场中，与流体进行热交换。
11
1. 1 2
12
图5.6
13
图5.7 恒流型热线风速仪