1 / 102

第七章 压力与流速测量

第七章 压力与流速测量. 粒子成像测速 (PIV ) 技术概述. 加入示踪粒子 照明 记录 数据处理. 喷射 示踪 喷雾雾滴 照明 Nd:YAG Kodak M.P. ES1.0 照相机 PIV 2100 处理器 FlowManager 软件. PIV 喷雾测试示意图. 激光 导向臂. 喷嘴. 片光束. 照相机. PIV 试验装置照片. 柴油的喷雾特性. 7.1 气流压力的测量. 7.2 热线测速仪.

anika-clemons
Download Presentation

第七章 压力与流速测量

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 第七章 压力与流速测量

  2. 粒子成像测速(PIV )技术概述 加入示踪粒子 照明 记录 数据处理

  3. 喷射 示踪 喷雾雾滴 照明 Nd:YAG Kodak M.P. ES1.0照相机 PIV 2100 处理器 FlowManager 软件 PIV喷雾测试示意图 激光 导向臂 喷嘴 片光束 照相机

  4. PIV试验装置照片

  5. 柴油的喷雾特性

  6. 7.1气流压力的测量

  7. 7.2 热线测速仪 热线测速仪（Hot wire Anemometer，简称HWA），发明于20世纪20年代。其基本原理是将一根细的金属丝放在流体中，通电流加热金属丝，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，热线根据强迫对流热交换理论，可导出单位时间热线的发热量应与热线对流体的放热量平衡。 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。

  8. 热线测速仪 测速仪的惯性小，最小的直径只有1微米，焊在两根支杆上，通过绝缘座引出接线。 热线材料多采用钨丝和铂丝，热线的细长比约为300。 热线两端涂覆以12微米厚的铜金合金，使敏感部分只有中间的那一段。 热线风速仪与微机联用，实现动态数据的处理。 由于热线的机械强度低，承受的电流较小，不适合在液体或带有颗粒的气体中工作。在这种情况下可选用热膜，热膜是由铂或铬制成金属薄膜。

  9. 热线测速仪

  10. 热线测速仪 这里： －流经热线的电流； －热线的电阻，其数值与热线的材料几何尺寸有关。在热 线材料和几何尺寸已定的条件下，它是热线稳定的函数； －对流放热系数； －热线表面积； －分别是热线和流体的温度，且 。

  11. 热线测速仪 由传热学中知道，无线长的圆柱体在流场中的对流换热系数和流体的导热系数、努谢尔数、热线直径有关 • 努谢尔数与雷诺数关系

  12. 热线测速仪 流体速度是流过热线的电流和热线电阻（热线温度）的函数

  13. 热线测速仪 其中第三项可以看成流体温度Tf和热线标定电阻的温度T0不同时的修正值，当Tf＝ T0时修正值0。 这时流体的速度只是电流和热线温度的函数 因此，只要固定I和Tw两个参数的任何一个，就可以获得流体速度与另一参数的单值函数关系。

  14. 热线测速仪 热线在气流中的散热量与流速有关，而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。主要有两种工作模式： 恒流式 如果在热线工作过程中，人为地用一恒值电流对热线加热，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。当流速呈稳态时，则可根据热线电阻值的大小确定流体的速度。 恒温式 如果在热线工作过程中，始终保持热线的温度不变，如保持150℃，则可通过测得流经热线的电流值来确定流体的速度。在实际测量电路中，测量的不是流经电路的电流，而是惠斯顿电桥的桥顶电压。

  15. 热线测速仪 恒温式比恒流式应用更广泛。热线长度一般在0.5～2毫米范围，直径在1～10微米范围，材料为铂、钨或铂铑合金等。 若以一片很薄(厚度小于0.1微米)的金属膜代替金属丝，即为热膜风速仪，功能与热丝相似，但多用于测量液体流速。热线除普通的单线式外，还可以是组合的双线式或三线式，用以测量各个方向的速度分量。

  16. 热线测速仪 从热线输出的电信号，经放大、补偿和数字化后输入计算机，可提高测量精度，自动完成数据后处理过程，扩大测速功能，如同时完成瞬时值和时均值、合速度和分速度、湍流度和其他湍流参数的测量。 热线风速仪与皮托管相比，具有探头体积小，对流场干扰小；响应快，能测量非定常流速；能测量很低速（如低达0.3米／秒)等优点。

  17. 电路简单

  18. 流体速度是流过热线的电流和热线电阻（热线温度）的函数流体速度是流过热线的电流和热线电阻（热线温度）的函数

  19. 热线测速仪 热线探头在使用前必须进行校准。静态校准是在专门的标准风洞里进行的，测量流速与输出电压之间的关系并画成标准曲线； 动态校准是在已知的脉动流场中进行的，或在测速仪加热电路中加上一脉动电信号，校验热线测速仪的频率响应，若频率响应不佳可用相应的补偿线路加以改善。

  20. 热线测速仪 热线测速仪的优点是 （1）体积小，对流场干扰小； （2）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；除了测量平均速度外，还可测量脉动值和湍流量；除了测量单方向运动外还可同时测量多个方向的速度分量。 （3）频率响应高，可高达1 MH z。 （4）测量精度高，重复性好。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。

  21. 热线测速仪 热线测速仪的主要用途是 （1）测量平均流动的速度和方向。 （2）测量来流的脉动速度及其频谱。 （3）测量湍流中的雷诺应力及两点的速度相关性、时间相关性。 （4）测量壁面切应力（通常是采用与壁面平齐放置的热膜探头来进行的，原理与热线测速相似 （5）测量流体温度（事先测出探头电阻随流体温度的变化曲线，然后根据测得的探头电阻就可确定温度。除此以外还开发出许多专业用途。

  22. 热线测速仪 随着高速公路的蓬勃发展，汽车车速不断提高，汽车气动阻力对燃油消耗的影响日益凸现出来。气动阻力的85%是压差阻力，同时压差阻力91%来自汽车尾部（其值随车身长短不同而异）； 而汽车尾流结构对汽车空气动力特性具有决定性影响。为此，进行汽车尾流速度测量，搞清尾流结构进而改善汽车空气动力特性对开发低阻力汽车，降低汽车燃油消耗有重要意义。

  23. 热线测速仪 热线风速计的出现是流体力学试验技术进步的新突破。它使汽车空气动力学试验研究获得了研究非定常流特别是湍流的有力工具。 尽管20 世纪60 年代出现了激光测速技术，试验研究发现测量湍流参量时，激光测速常因丢失粒子信号而导致测量结果不可靠，并且由于激光测速仪价格和维持费用昂贵，在湍流场研究的应用范围上远不如热线技术广泛。今后热线技术仍将是汽车湍流，特别是汽车尾流场速度测量的主要手段。

  24. 热线测速仪

  25. 热线测速仪 测量横截面：试验对4 个尾流速度测量横截面进行了速度分布测量。本车的模型高为h=126mm，4 个面距离汽车尾端分别为1h，2h，3h，4h 处，分别对应x/h=1，2，3，4。

  26. 热线测速仪

  27. 热线测速仪 空气流量传感器是由安装在发动机进气管中的电加热元件（如采用铂热线的电热丝）所构成。进入发动机进气管内的气流将电热元件冷却，使电热丝的阻值发生变化，通过对流过电热丝中的电流测定就可测得进入发动机中的空气流量。空气流量传感器的加热元件与桥式电路构成一个测量系统，当电热丝的温度差别处于一固定范围内，传感器输出的模拟电压信号与流过传感器的电流密度成一定的比例关系。

  28. 激光多普勒测速仪 激光多普勒测速仪（Laser Doppler Anemometer或Velocimeter），简称LDA或LDV，发明于20世纪60年代。其基本原理是将激光束穿透流体照射在随流体一起运动的微粒上，检测微粒散射光的频率，根据光学多普勒效应确定微粒即流体的运动速度。 按多普勒效应，当光源照射到运动物体上时，若物体与光源之间存在相对运动，物体散射光的频率与光源发出的频率不同，称为多普勒频移，频移量与相对运动速度有关。

  29. 激光多普勒测速仪

  30. 激光多普勒测速仪

  31. 激光多普勒测速仪 三位LDV流动测试实验台（3D LDV Rgs for Flow Measurement）

More Related