第7章流速測(cè)量

動(dòng)態(tài)流場(chǎng)測(cè)試技術(shù)1皮托管測(cè)速2熱線測(cè)速3激光多普勒測(cè)速(LDV)4粒子成像(PIV)一皮托管測(cè)速皮托管測(cè)速原理：利用流體的總壓和靜壓之差，即動(dòng)壓來(lái)測(cè)量流速，也稱動(dòng)壓管。也稱風(fēng)速管。一皮托管測(cè)速一皮托管測(cè)速一皮托管測(cè)速1

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造實(shí)用方便、價(jià)格低廉。2缺點(diǎn)：屬于接觸式測(cè)量，對(duì)流場(chǎng)有一定影響。測(cè)量范圍較小5~30m/s，流體馬赫數(shù)不大于0.8.二熱線測(cè)速儀

HotWireAnemometer1.熱線測(cè)速儀的工作原理2.熱線測(cè)速儀的靜態(tài)特性3.兩種運(yùn)行方式4.熱線測(cè)速儀的標(biāo)定二熱線風(fēng)速儀熱線測(cè)速儀（HotWireAnemometer，簡(jiǎn)稱HWA），發(fā)明于20世紀(jì)20年代。它是將流體速度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的一種測(cè)速儀器，也可用于測(cè)量流體的溫度。其基本原理是，將一根細(xì)的金屬絲放在流體中，通過(guò)電流加熱金屬絲，使其溫度高于流體的溫度，因此將金屬絲稱為“熱線”。當(dāng)流體沿垂直方向流過(guò)金屬絲時(shí)，將帶走金屬絲的一部分熱量，使金屬絲溫度下降。熱線在氣流中的散熱量與流速有關(guān)，散熱量導(dǎo)致熱線溫度變化而引起電阻變化，流速信號(hào)即轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。二熱線風(fēng)速儀熱線長(zhǎng)度一般為2mm，直徑5μm

，最小的探頭直徑僅1μm，長(zhǎng)為0.2mm。材料為鉑、鎢或鉑銠合金等熔點(diǎn)高、延展性好的金屬。根據(jù)不同的用途，熱線探頭還做成雙絲、三絲、斜絲及V形、X形等。USTC二熱線風(fēng)速儀若以一片很薄(厚度小于0.1微米)的金屬膜代替金屬絲，即為熱膜測(cè)速儀，功能與熱絲相似，但多用于測(cè)量液體流速。二熱線風(fēng)速儀熱線測(cè)速儀的優(yōu)點(diǎn)是：（1）體積小，對(duì)流場(chǎng)干擾?。唬?）頻率響應(yīng)高，可達(dá)1MHz。測(cè)速量程可達(dá)到500m/s（3）測(cè)量精度高，重復(fù)性好。（4）適用范圍廣。不僅可用于氣體也可用于液體，在氣體的亞聲速、跨聲速和超聲速流動(dòng)中均可使用；可以測(cè)量平均速度，也可測(cè)量脈動(dòng)值和湍流量；還可以測(cè)量多個(gè)方向的速度分量。熱線測(cè)速儀的缺點(diǎn)是：探頭對(duì)流場(chǎng)有一定干擾，熱線容易斷裂。USTC二熱線風(fēng)速儀強(qiáng)迫對(duì)流傳熱---占主導(dǎo)地位。金（King,1914）公式：ViwQQ二熱線風(fēng)速儀二熱線風(fēng)速儀金屬絲電阻隨溫度變化：二熱線風(fēng)速儀熱線有兩種工作模式：

①恒流式。通過(guò)熱線的電流保持不變，溫度變化時(shí)，熱線電阻改變，因而兩端電壓變化，由此測(cè)量流速；②恒溫式。熱線的溫度保持不變，如保持150℃，根據(jù)所需施加的電流可度量流速。恒溫式比恒流式應(yīng)用更廣泛。二熱線風(fēng)速儀恒流式：ER2R1RWe1R2>>Rw二熱線風(fēng)速儀恒溫式：R2R1R3RwI1I2IBe0V,Tw,Rw,e1,

e2-e1

,e0,IB,eB,I1,Tw,RW二熱線風(fēng)速儀熱線測(cè)速儀的主要用途是：（1）測(cè)量平均流動(dòng)的速度和方向。（2）測(cè)量來(lái)流的脈動(dòng)速度及其頻譜。（3）測(cè)量湍流中的雷諾應(yīng)力及兩點(diǎn)的速度相關(guān)性、時(shí)間相關(guān)性。（4）測(cè)量壁面切應(yīng)力（通常是采用與壁面平齊放置的熱膜探頭來(lái)進(jìn)行的，原理與熱線測(cè)速相似）。（5）測(cè)量流體溫度（事先測(cè)出探頭電阻隨流體溫度的變化曲線，然后根據(jù)測(cè)得的探頭電阻就可確定溫度。除此以外還開(kāi)發(fā)出許多專業(yè)用途。三激光多普勒測(cè)速儀(LDV)

LaserDopplerVelocimeter

激光測(cè)速的原理是：是測(cè)量通過(guò)激光束的示蹤粒子的多普勒信號(hào)，再根據(jù)速度與多普勒頻率的關(guān)系得到粒子速度。測(cè)得了粒子的速度，也就是流動(dòng)的速度。激光測(cè)速的最主要的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)流動(dòng)沒(méi)有任何擾動(dòng)，測(cè)量的精度高，測(cè)速范圍寬，而且由于多普勒頻率與速度是線性關(guān)系，和該點(diǎn)的溫度，壓力沒(méi)有關(guān)系，是目前世界上速度測(cè)量精度最高的儀器。三激光多普勒測(cè)速儀(LDV)基本光路V三激光多普勒測(cè)速儀(LDV)條紋模型fxzyzyyx三激光多普勒測(cè)速儀(LDV)條紋模型V12d三激光多普勒測(cè)速儀(LDV)基本布置V激光電源聲光調(diào)制器電源計(jì)算機(jī)光電倍增管電源信號(hào)處理器放大器技術(shù)指標(biāo)：

測(cè)速范圍：mm/s-1000m/s

測(cè)速維數(shù)：1維，2維或3維

測(cè)速精度：0.1%

工作光譜：514.5，488，476.5nm

三激光多普勒測(cè)速儀(LDV)1．激光器：水冷氬離子激光器

輸出功率：5W

光束直徑：1.5mm

光束發(fā)散角：0.5mrad2．分光器、光纖耦合器

最大輸入光功率：10W

分光光譜：514.5，488，476.5nm

內(nèi)置布拉格盒3．處理器

最大輸入多普勒頻率：FSA3500100MHzFSA4000175MHz

最低可處理信噪比：-12dB

數(shù)據(jù)傳輸速率：400Mbps

能夠進(jìn)行周期性流動(dòng)測(cè)量

具備外部模擬/數(shù)字信號(hào)輸入功能三激光多普勒測(cè)速儀(LDV)4．?dāng)?shù)據(jù)處理、顯示軟件

在線實(shí)時(shí)采集顯示數(shù)據(jù)；支持?jǐn)?shù)據(jù)回放；支持周期性流動(dòng)測(cè)量；支持各種速度統(tǒng)計(jì)：平均速度、均方根、剪應(yīng)力、湍流度；支持粒徑統(tǒng)計(jì)：平均粒徑、D32、體積通量；各統(tǒng)計(jì)參數(shù)關(guān)聯(lián)分布；提供各參數(shù)的自相關(guān)、互相關(guān)、功率譜分析；支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出5．移動(dòng)坐標(biāo)架、探頭安裝導(dǎo)軌及控制器

行程：600X600X600mm；含探頭安裝支架及控制器；電纜長(zhǎng)度：滿足工作場(chǎng)地要求；位置分辨率：0.01mm；承重：50公斤以上；控制方式：完全計(jì)算機(jī)控制三激光多普勒測(cè)速儀(LDV)三相位多普勒粒子分析儀（PDPA）

PhaseDopplerParticleAnalyzer相位多普勒粒子分析儀顧名思義是利用多普勒效應(yīng)來(lái)測(cè)量運(yùn)動(dòng)粒子的相位特性。它是由激光多普勒測(cè)速儀發(fā)展而來(lái)的，至今已有近二十年的歷史。PDPA所依據(jù)的基本光學(xué)原理是Lorenz－Mie散射理論。如同聲波的多普勒效應(yīng)一樣，光源與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)也具有多普勒效應(yīng)。在PDPA中，依靠運(yùn)動(dòng)微粒的散射光與照射光之間的頻差來(lái)獲得速度信息，而通過(guò)分析穿越激光測(cè)量體的球形粒子反射或折射的散射光產(chǎn)生的相位移動(dòng)來(lái)確定粒徑的大小。三相位多普勒粒子分析儀（PDPA）

PhaseDopplerParticleAnalyzer儀器包括320mw氬離子風(fēng)冷激光器、激光耦合器、RSA信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及激光發(fā)射和接收器等。一般情況下，它的測(cè)速范圍是-90～283m/s，可測(cè)粒徑范圍是0.5～90μm，此范圍還可通過(guò)更換發(fā)射鏡頭加以擴(kuò)大。三相位多普勒粒子分析儀（PDPA）處理器激光器發(fā)射器接受透鏡光電倍增管三相位多普勒粒子分析儀（PDPA）mP=2P=0P=1四粒子成像速度計(jì)(

PIV)

ParticleImageVelocimeter什么是PIV1.PIV是一種在流場(chǎng)中同時(shí)多點(diǎn)（如數(shù)千點(diǎn)）測(cè)量流體或粒子速度矢量的光學(xué)圖象技術(shù)。

2.通常在流場(chǎng)的“平面薄片”中進(jìn)行測(cè)量。

3.精度和空間分辨率可與LDV及HWA比較。四粒子成像速度計(jì)(

PIV)

PIV

原理YX粒子第一個(gè)的像t后，粒子第二個(gè)的像t2t1t2t1四粒子成像速度計(jì)(

PIV)典型系統(tǒng):

CCD電子同步器計(jì)算機(jī)Nd:YAG激光器四粒子成像速度計(jì)(

PIV)

激光器

雙YAG激光器的光路系統(tǒng)示意圖CCDYAG激光器四粒子成像速度計(jì)(

PIV)算法雙曝光的圖象第一次曝光的圖象第二次曝光的圖象四粒子成像速度計(jì)(

PIV)算法

CC