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1、会计学1热工测试热工测试(csh)河南农业大学河南农业大学第一页，共69页。2.2.仪表精度的选择仪表精度的选择仪表精度的选择仪表精度的选择 压力检测仪表的精度主要根据生产允许的最大误差来压力检测仪表的精度主要根据生产允许的最大误差来压力检测仪表的精度主要根据生产允许的最大误差来压力检测仪表的精度主要根据生产允许的最大误差来确定，即要求确定，即要求确定，即要求确定，即要求(yoqi)(yoqi)实际被测压力允许的最大绝对误差实际被测压力允许的最大绝对误差实际被测压力允许的最大绝对误差实际被测压力允许的最大绝对误差应小于仪表的基本误差。应小于仪表的基本误差。应小于仪表的基本误差。应小于仪表的基本
2、误差。第1页/共69页第二页，共69页。n n续上例：用续上例：用续上例：用续上例：用0 0 0 01.6MPa1.6MPa1.6MPa1.6MPa量程的压力表测量容器量程的压力表测量容器量程的压力表测量容器量程的压力表测量容器(rngq)(rngq)(rngq)(rngq)的压力，若要求测量值的压力，若要求测量值的压力，若要求测量值的压力，若要求测量值的绝对误差不大于的绝对误差不大于的绝对误差不大于的绝对误差不大于30kPa,30kPa,30kPa,30kPa,试确定压力表的精确度。试确定压力表的精确度。试确定压力表的精确度。试确定压力表的精确度。n n解：测量仪表的相对误差为解：测量仪表的
3、相对误差为解：测量仪表的相对误差为解：测量仪表的相对误差为第2页/共69页第三页，共69页。3.3.仪表类型仪表类型仪表类型仪表类型(lixng)(lixng)的选择的选择的选择的选择从被测介质压力大小来考虑从被测介质压力大小来考虑从被测介质压力大小来考虑从被测介质压力大小来考虑被测介质的性质被测介质的性质被测介质的性质被测介质的性质对仪表输出信号的要求对仪表输出信号的要求对仪表输出信号的要求对仪表输出信号的要求使用的环境使用的环境使用的环境使用的环境第3页/共69页第四页，共69页。第4页/共69页第五页，共69页。第四章第四章 流速流速(li s)和流量的测量和流量的测量2023/2/76
4、第5页/共69页第六页，共69页。测量测量测量测量(cling)(cling)(cling)(cling)流流流流体速度体速度体速度体速度大小大小(dxi(dxio)o)方向方向分别分别(fnbi)(fnbi)测总压和静压测总压和静压直接测总压和静压之差直接测总压和静压之差代入代入伯努利方程伯努利方程：方向探针：方向探针二元方向探针二元方向探针三元方向探针三元方向探针（复合探针）（复合探针）2023/2/77第6页/共69页第七页，共69页。n n2023/2/78第7页/共69页第八页，共69页。流量流量流量流量(liling)(liling)(liling)(liling)测量方法测量方法
5、测量方法测量方法直接测量法：测出某段时间间隔内流体直接测量法：测出某段时间间隔内流体通过通过 的总量，然后求出单位时间内的总量，然后求出单位时间内 的平均的平均(pngjn)(pngjn)流量。流量。间接测量法：测出与流量有关的物理量，间接测量法：测出与流量有关的物理量，然然 后用相应的公式计算出流量。后用相应的公式计算出流量。（应用较广）（应用较广）2023/2/79第8页/共69页第九页，共69页。主要主要主要主要(zh(zh yo)yo)内容内容内容内容n n流体速度流体速度(sd)大小的测量大小的测量n n二维流场中流动方向的测量二维流场中流动方向的测量n n三维流场中流向的测量三维流
6、场中流向的测量2023/2/710第9页/共69页第十页，共69页。第一节第一节 流体速度流体速度(sd)(sd)大小的测量大小的测量n n在不可压缩在不可压缩在不可压缩在不可压缩(y su)(y su)流体中，伯努利方程为：流体中，伯努利方程为：流体中，伯努利方程为：流体中，伯努利方程为：2023/2/711第10页/共69页第十一页，共69页。n n测量测量测量测量(cling(cling)压差压差压差压差第一节第一节 流体速度大小流体速度大小(dxio)(dxio)的测的测量量或单独或单独(dnd)的总压和静压，可采用三种的总压和静压，可采用三种不同的方法：不同的方法：利用壁面开孔测静压
7、，用总压探针测总压，如图利用壁面开孔测静压，用总压探针测总压，如图4-14-1，进而求出，进而求出 压差；压差；利用静压探针测静压，用总压利用静压探针测静压，用总压 探针测总压；探针测总压；利用速度探针测总压与静压之差。利用速度探针测总压与静压之差。图图1 压差测量示意图压差测量示意图2023/2/7第11页/共69页第十二页，共69页。一、速度探针一、速度探针一、速度探针一、速度探针L L L L形速度探针形速度探针形速度探针形速度探针笛形管探针笛形管探针笛形管探针笛形管探针吸气吸气吸气吸气(x q)(x q)(x q)(x q)式速度探针式速度探针式速度探针式速度探针遮板式和背靠式速度探针
8、遮板式和背靠式速度探针遮板式和背靠式速度探针遮板式和背靠式速度探针第一节第一节 流体速度流体速度(sd)(sd)大小的测量大小的测量2023/2/713第12页/共69页第十三页，共69页。L L L L形速度形速度形速度形速度(sd)(sd)(sd)(sd)探针探针探针探针图图4-2 L4-2 L形速度探针的几何形速度探针的几何(j h)(j h)关系关系0.3d2023/2/714第13页/共69页第十四页，共69页。n n在平面流场中，流动方向与探针轴线的夹角称为流向偏斜角，用在平面流场中，流动方向与探针轴线的夹角称为流向偏斜角，用在平面流场中，流动方向与探针轴线的夹角称为流向偏斜角，用
9、在平面流场中，流动方向与探针轴线的夹角称为流向偏斜角，用 表示表示表示表示(bi(bi osh)osh)，对对对对L L形速度探针的影响如图形速度探针的影响如图形速度探针的影响如图形速度探针的影响如图4-34-3所示：所示：所示：所示：图图4-3 4-3 流向流向(li xin)(li xin)偏斜角偏斜角的影响的影响2023/2/715第14页/共69页第十五页，共69页。n n图图图图4-34-34-34-3中的压力系数中的压力系数中的压力系数中的压力系数(xsh)(xsh)(xsh)(xsh)分别为：分别为：分别为：分别为：式中：式中：,分别分别(fnbi)为为分别分别(fnbi)为为时
10、总压孔与静压孔的测量值；时总压孔与静压孔的测量值；时总压孔与静压孔的测量值；时总压孔与静压孔的测量值；2023/2/716第15页/共69页第十六页，共69页。n n从图从图从图从图4-34-34-34-3可看出：可看出：可看出：可看出：n n对于头部为半球形的探针，当流向偏斜角在对于头部为半球形的探针，当流向偏斜角在对于头部为半球形的探针，当流向偏斜角在对于头部为半球形的探针，当流向偏斜角在10101010的范围内变化时，探针的读的范围内变化时，探针的读的范围内变化时，探针的读的范围内变化时，探针的读数不改变，因为在此范围内，总压和静压均下降数不改变，因为在此范围内，总压和静压均下降数不改变
11、，因为在此范围内，总压和静压均下降数不改变，因为在此范围内，总压和静压均下降(xijing)(xijing)(xijing)(xijing)，因而压差保持不，因而压差保持不，因而压差保持不，因而压差保持不变。变。变。变。n n对于头部为锥形的探针，在流向偏斜角为对于头部为锥形的探针，在流向偏斜角为对于头部为锥形的探针，在流向偏斜角为对于头部为锥形的探针，在流向偏斜角为15151515时，总压保持不变，而静压却时，总压保持不变，而静压却时，总压保持不变，而静压却时，总压保持不变，而静压却对流向偏斜角非常敏感，只要对流向偏斜角非常敏感，只要对流向偏斜角非常敏感，只要对流向偏斜角非常敏感，只要，压力
12、，压力(yl)系数系数。2023/2/717第16页/共69页第十七页，共69页。n n利用速度探针利用速度探针利用速度探针利用速度探针(tn zhn)(tn zhn)测量流体速度时，可按下式计算速度大测量流体速度时，可按下式计算速度大测量流体速度时，可按下式计算速度大测量流体速度时，可按下式计算速度大小：小：小：小：其中，速度探针其中，速度探针(tn zhn)校正系数校正系数由实验由实验(shyn)确定：确定：与探针头部形状、静压孔的位置以及感受部分的加工精度等有关。与探针头部形状、静压孔的位置以及感受部分的加工精度等有关。2023/2/718第17页/共69页第十八页，共69页。笛形管探针
13、笛形管探针笛形管探针笛形管探针 在测量尺寸较大在测量尺寸较大在测量尺寸较大在测量尺寸较大(jio d)(jio d)(jio d)(jio d)的管道内的平均速度时，经的管道内的平均速度时，经的管道内的平均速度时，经的管道内的平均速度时，经常采用笛形管探针。常采用笛形管探针。常采用笛形管探针。常采用笛形管探针。图图4-4 4-4 笛形管探针笛形管探针(tn zhn)(tn zhn)示意图示意图2023/2/719第18页/共69页第十九页，共69页。吸气式速度探针吸气式速度探针吸气式速度探针吸气式速度探针 在锅炉等设备中，经常有含尘量比较大的负压管道，利用在锅炉等设备中，经常有含尘量比较大的负
14、压管道，利用在锅炉等设备中，经常有含尘量比较大的负压管道，利用在锅炉等设备中，经常有含尘量比较大的负压管道，利用吸气式速度探针测量吸气式速度探针测量吸气式速度探针测量吸气式速度探针测量(cling)(cling)(cling)(cling)该管道的气流量有其优越性。该管道的气流量有其优越性。该管道的气流量有其优越性。该管道的气流量有其优越性。遮板式和背靠式速度探针遮板式和背靠式速度探针遮板式和背靠式速度探针遮板式和背靠式速度探针 为了防止灰尘堵塞，可以用遮板式和背靠式速度探针测量为了防止灰尘堵塞，可以用遮板式和背靠式速度探针测量为了防止灰尘堵塞，可以用遮板式和背靠式速度探针测量为了防止灰尘堵塞
15、，可以用遮板式和背靠式速度探针测量(cling)(cling)(cling)(cling)管道气流。管道气流。管道气流。管道气流。2023/2/720第19页/共69页第二十页，共69页。图图4-5 4-5 三种三种(sn zhn)(sn zhn)测高含尘浓度气流的动压管测高含尘浓度气流的动压管吸气吸气(x q)(x q)式式遮板式遮板式(bnsh)(bnsh)背靠式背靠式2023/2/721第20页/共69页第二十一页，共69页。二、可压缩性对气流速度测量的影响二、可压缩性对气流速度测量的影响 在高速气流中，必须考虑影响气体在高速气流中，必须考虑影响气体(qt)(qt)密度的压力绝对值，密度
16、的压力绝对值，因为气流速度的变化会引起压力变化。因为气流速度的变化会引起压力变化。等熵流动的可压缩性气体等熵流动的可压缩性气体(qt)(qt)的伯努利方程为：的伯努利方程为：代入等熵流动代入等熵流动(lidng)(lidng)的过程方程式：的过程方程式：2023/2/722第21页/共69页第二十二页，共69页。得：得：得：得：式中，式中，k是气体是气体(qt)的等熵指数，对于空气，的等熵指数，对于空气，k=1.4.引入马赫数引入马赫数Ma,Ma,可得速度可得速度c c与压差与压差(y ch)(y ch)的函数关系，即的函数关系，即2023/2/723第22页/共69页第二十三页，共69页。把
17、上式用牛顿二项式展开把上式用牛顿二项式展开(zhn ki)(zhn ki)，并写成压差形式：，并写成压差形式：考虑考虑(kol)(kol)可压缩性时，气流速度的公式为：可压缩性时，气流速度的公式为：式中，式中，是对可压缩性的修正是对可压缩性的修正(xizhng)(xizhng)系数，它与系数，它与MaMa有关。有关。2023/2/724第23页/共69页第二十四页，共69页。表表4-14-1关系关系(gun x)(gun x)Ma0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.00250.010.02250.040.06250.090.1280.1730.2190.275202
18、3/2/725第24页/共69页第二十五页，共69页。可压缩性气流速度公式的三种近似关系可压缩性气流速度公式的三种近似关系(gun x)(gun x)：第一种情况，第一种情况，第二种情况第二种情况(qngkung)(qngkung)，第三种情况第三种情况(qngkung)(qngkung)，（a）（b）（c）2023/2/726第25页/共69页第二十六页，共69页。图图4-64-6 的近似值与精确的近似值与精确(jngqu)(jngqu)值之比随值之比随MaMa的变化的变化11式（式（a a）曲线）曲线(qxin)(qxin)，2 2式（式（b b）曲线）曲线(qxin),3(qxin),3
19、式（式（c c）曲线）曲线(qxin)(qxin)2023/2/727第26页/共69页第二十七页，共69页。根据流体力学原理根据流体力学原理根据流体力学原理根据流体力学原理(yunl)(yunl)(yunl)(yunl)，如果在规则形状的物体表面开两，如果在规则形状的物体表面开两，如果在规则形状的物体表面开两，如果在规则形状的物体表面开两个对称的小孔，则流体正对其对称轴流来时，两孔感受的压力相等；个对称的小孔，则流体正对其对称轴流来时，两孔感受的压力相等；个对称的小孔，则流体正对其对称轴流来时，两孔感受的压力相等；个对称的小孔，则流体正对其对称轴流来时，两孔感受的压力相等；若来流相对于对称轴
20、有一偏角，则两孔感受的压力必然不相等。根若来流相对于对称轴有一偏角，则两孔感受的压力必然不相等。根若来流相对于对称轴有一偏角，则两孔感受的压力必然不相等。根若来流相对于对称轴有一偏角，则两孔感受的压力必然不相等。根据这一原理据这一原理据这一原理据这一原理(yunl)(yunl)(yunl)(yunl)可设计各类方向探针，来测量流动方向。可设计各类方向探针，来测量流动方向。可设计各类方向探针，来测量流动方向。可设计各类方向探针，来测量流动方向。如果在两方向孔的对称轴上再开一个孔，则当流体按对称轴方如果在两方向孔的对称轴上再开一个孔，则当流体按对称轴方如果在两方向孔的对称轴上再开一个孔，则当流体按
21、对称轴方如果在两方向孔的对称轴上再开一个孔，则当流体按对称轴方向流向探针时，此孔感受的压力为总压，而方向孔上感受的压力应向流向探针时，此孔感受的压力为总压，而方向孔上感受的压力应向流向探针时，此孔感受的压力为总压，而方向孔上感受的压力应向流向探针时，此孔感受的压力为总压，而方向孔上感受的压力应为流体总压和静压之间的某一值。这样，只要预先将这种探针在校为流体总压和静压之间的某一值。这样，只要预先将这种探针在校为流体总压和静压之间的某一值。这样，只要预先将这种探针在校为流体总压和静压之间的某一值。这样，只要预先将这种探针在校准风洞中进行标定，用开有三个测孔的探针就可以一次测出平面流准风洞中进行标定
22、，用开有三个测孔的探针就可以一次测出平面流准风洞中进行标定，用开有三个测孔的探针就可以一次测出平面流准风洞中进行标定，用开有三个测孔的探针就可以一次测出平面流场中流体的总压、静压及流体速度和方向。场中流体的总压、静压及流体速度和方向。场中流体的总压、静压及流体速度和方向。场中流体的总压、静压及流体速度和方向。第二节第二节 二维流场中流动方向二维流场中流动方向(fngxing)(fngxing)的的测量测量2023/2/728第27页/共69页第二十八页，共69页。第二节第二节第二节第二节 二维流场中流动二维流场中流动二维流场中流动二维流场中流动(lidng)(lidng)(lidng)(lid
23、ng)方向的测量方向的测量方向的测量方向的测量一、方向探针一、方向探针一、方向探针一、方向探针 基于流体对物基于流体对物基于流体对物基于流体对物体绕流时，物体绕流时，物体绕流时，物体绕流时，物体表面的压力体表面的压力体表面的压力体表面的压力与流动方向有与流动方向有与流动方向有与流动方向有确定确定确定确定(qudng)(qudng)(qudng)(qudng)关系的原理而关系的原理而关系的原理而关系的原理而工作的。工作的。工作的。工作的。图图4-7 4-7 方向方向(fngxing)(fngxing)探针探针2023/2/729第28页/共69页第二十九页，共69页。方向方向(fngxing)测
24、测量方法量方法对向测量：使探针绕其本身的轴转动，当两测孔所指示对向测量：使探针绕其本身的轴转动，当两测孔所指示 的压力相等时，两孔的对称中心就与流动方的压力相等时，两孔的对称中心就与流动方 向一致。这时相对于一定向一致。这时相对于一定(ydng)的参的参 考方向考方向（初（初 始位置）就可以决定流动方向角。始位置）就可以决定流动方向角。不对向测量：将两孔的对称轴固定在某一参考方向，测量不对向测量：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（两孔压差两孔的压力差，根据校正曲线（两孔压差与与 流动流动(lidng)方向的关系）确定流体流方向的关系）确定流体流向。向。2023
25、/2/730第29页/共69页第三十页，共69页。图图图图4-84-84-84-8中：中：中：中：cccc速度；速度；速度；速度；x x x x、y y y y、zzzz参考轴；参考轴；参考轴；参考轴；-速度的空间流向角，即速度速度的空间流向角，即速度速度的空间流向角，即速度速度的空间流向角，即速度c c c c 与平面与平面与平面与平面xyxyxyxy的夹角；的夹角；的夹角；的夹角；x-x-x-x-探针两侧探针两侧探针两侧探针两侧(lin c)(lin c)(lin c)(lin c)孔的几何对称轴；孔的几何对称轴；孔的几何对称轴；孔的几何对称轴；x0-x0-x0-x0-探针的空气动力轴线，
26、即在没有速度梯度的平探针的空气动力轴线，即在没有速度梯度的平探针的空气动力轴线，即在没有速度梯度的平探针的空气动力轴线，即在没有速度梯度的平 面流场中，能使两孔压力相等时的轴线；面流场中，能使两孔压力相等时的轴线；面流场中，能使两孔压力相等时的轴线；面流场中，能使两孔压力相等时的轴线；误差角，即，在误差角，即，在误差角，即，在误差角，即，在xyxyxyxy平面内，当有速度梯度时，空气平面内，当有速度梯度时，空气平面内，当有速度梯度时，空气平面内，当有速度梯度时，空气动力轴线与真实流体方向之间的夹角。动力轴线与真实流体方向之间的夹角。动力轴线与真实流体方向之间的夹角。动力轴线与真实流体方向之间的
27、夹角。图图4-8 4-8 方向方向(fngxing)(fngxing)探针中的参数探针中的参数-速度的平面速度的平面(pngmin)(pngmin)流向角，即速度流向角，即速度c c 在在xyxy平面平面(pngmin)(pngmin)内的投内的投 影与影与x x轴的夹角；轴的夹角；-校正角，即探针的几何轴线校正角，即探针的几何轴线x x与空气动力轴线与空气动力轴线 之间的夹角；之间的夹角；2023/2/731第30页/共69页第三十一页，共69页。n n灵敏性：探针空气动力灵敏性：探针空气动力灵敏性：探针空气动力灵敏性：探针空气动力(dngl)(dngl)轴线与流动方向偏离单位角度时，在探轴
28、线与流动方向偏离单位角度时，在探轴线与流动方向偏离单位角度时，在探轴线与流动方向偏离单位角度时，在探 n n 针两侧孔之间产生的压差的大小，可用下式表示：针两侧孔之间产生的压差的大小，可用下式表示：针两侧孔之间产生的压差的大小，可用下式表示：针两侧孔之间产生的压差的大小，可用下式表示：2023/2/732第31页/共69页第三十二页，共69页。二、二维流场中流向的测量二、二维流场中流向的测量二、二维流场中流向的测量二、二维流场中流向的测量对向测量对向测量对向测量对向测量 在平面流场对向测量中，常用在平面流场对向测量中，常用在平面流场对向测量中，常用在平面流场对向测量中，常用的的的的方向探针有方
29、向探针有方向探针有方向探针有L L形、形、形、形、UU形及圆柱三孔形及圆柱三孔形及圆柱三孔形及圆柱三孔式式式式探针。其中探针。其中探针。其中探针。其中(qzhng)L(qzhng)L形和形和形和形和UU形形形形探针是用两根探针是用两根探针是用两根探针是用两根不锈钢针管弯成不锈钢针管弯成不锈钢针管弯成不锈钢针管弯成L L形或形或形或形或UU形制成的。形制成的。形制成的。形制成的。图图4-9 L4-9 L形和形和U U形方向形方向(fngxing)(fngxing)探针探针2023/2/733第32页/共69页第三十三页，共69页。n n圆柱形三孔式探针圆柱形三孔式探针圆柱形三孔式探针圆柱形三孔式
30、探针n n中孔测总压，两个侧孔用来测流中孔测总压，两个侧孔用来测流中孔测总压，两个侧孔用来测流中孔测总压，两个侧孔用来测流n n动方向。动方向。动方向。动方向。n n广泛用于流体机械进出口处对流广泛用于流体机械进出口处对流广泛用于流体机械进出口处对流广泛用于流体机械进出口处对流(duli)(duli)n n体速度大小和方向的测量。体速度大小和方向的测量。体速度大小和方向的测量。体速度大小和方向的测量。n n用于对向测量时，通常是把两个用于对向测量时，通常是把两个用于对向测量时，通常是把两个用于对向测量时，通常是把两个n n侧孔接到一个侧孔接到一个侧孔接到一个侧孔接到一个UU形管压力计上，以测形
31、管压力计上，以测形管压力计上，以测形管压力计上，以测n n两侧孔的压差；探针中孔和其中一个两侧孔的压差；探针中孔和其中一个两侧孔的压差；探针中孔和其中一个两侧孔的压差；探针中孔和其中一个n n侧孔接第二个压力计，以测中孔和侧侧孔接第二个压力计，以测中孔和侧侧孔接第二个压力计，以测中孔和侧侧孔接第二个压力计，以测中孔和侧n n孔的压差；第三个压力计与中孔连接孔的压差；第三个压力计与中孔连接孔的压差；第三个压力计与中孔连接孔的压差；第三个压力计与中孔连接n n，以测中孔压力和大气压之差。，以测中孔压力和大气压之差。，以测中孔压力和大气压之差。，以测中孔压力和大气压之差。图图4-10 4-10 圆柱
32、形三孔式探针圆柱形三孔式探针(tn zhn)(tn zhn)2023/2/734第33页/共69页第三十四页，共69页。n n当探针绕其本身轴转动，使得两侧孔当探针绕其本身轴转动，使得两侧孔当探针绕其本身轴转动，使得两侧孔当探针绕其本身轴转动，使得两侧孔压力相等时，探针中孔就对准了流向压力相等时，探针中孔就对准了流向压力相等时，探针中孔就对准了流向压力相等时，探针中孔就对准了流向(li xin(li xin)，这时，探针各孔所测的，这时，探针各孔所测的，这时，探针各孔所测的，这时，探针各孔所测的压力可以表示为：压力可以表示为：压力可以表示为：压力可以表示为：n n中孔中孔中孔中孔2 2的压力为
33、：的压力为：的压力为：的压力为：图图11 11 流体流体(lit)(lit)对圆柱体绕流对圆柱体绕流其中其中(qzhng)K0是探针中孔的校正系数。是探针中孔的校正系数。侧孔压力为：侧孔压力为：其中其中K1是探针一个侧孔的校正系数。是探针一个侧孔的校正系数。2023/2/735第34页/共69页第三十五页，共69页。n n中孔与侧孔压力中孔与侧孔压力中孔与侧孔压力中孔与侧孔压力(yl)(yl)差为差为差为差为将将代入代入流体速度流体速度(sd)大小为大小为2023/2/736第35页/共69页第三十六页，共69页。n nK0 K0、K1 K1 由实验确定，表征探针的总压和速度特性，实际中选用探
34、针时，一般选用由实验确定，表征探针的总压和速度特性，实际中选用探针时，一般选用K0=1K0=1，此时，此时(c(c sh)sh)，中孔所测压力，中孔所测压力p2p2就是总压就是总压p0.p0.2023/2/737第36页/共69页第三十七页，共69页。不对向测量不对向测量不对向测量不对向测量基本原理基本原理基本原理基本原理 在圆柱三孔式探针中，流动方向、总压、静压和速度与三个测压在圆柱三孔式探针中，流动方向、总压、静压和速度与三个测压在圆柱三孔式探针中，流动方向、总压、静压和速度与三个测压在圆柱三孔式探针中，流动方向、总压、静压和速度与三个测压孔所测出的压力有一定的函数关系，这些孔所测出的压力
35、有一定的函数关系，这些孔所测出的压力有一定的函数关系，这些孔所测出的压力有一定的函数关系，这些(zhxi)(zhxi)关系分别为探针的方向特关系分别为探针的方向特关系分别为探针的方向特关系分别为探针的方向特性、总压特性、静压特性和速度特性。这些性、总压特性、静压特性和速度特性。这些性、总压特性、静压特性和速度特性。这些性、总压特性、静压特性和速度特性。这些(zhxi)(zhxi)特性也称探针的校正曲特性也称探针的校正曲特性也称探针的校正曲特性也称探针的校正曲线，通过实验台求得。线，通过实验台求得。线，通过实验台求得。线，通过实验台求得。2023/2/738第37页/共69页第三十八页，共69页
36、。n n当位流横向流过绕流物体当位流横向流过绕流物体当位流横向流过绕流物体当位流横向流过绕流物体(wt)(wt)(wt)(wt)时，如图时，如图时，如图时，如图11111111，圆柱体表面上任意点的流体速度为：圆柱体表面上任意点的流体速度为：圆柱体表面上任意点的流体速度为：圆柱体表面上任意点的流体速度为：图图11 11 流体流体(lit)(lit)对圆柱体绕流对圆柱体绕流代入位流绕圆柱体代入位流绕圆柱体流动流动(lidng)的伯努利方程的伯努利方程（d）2023/2/739第38页/共69页第三十九页，共69页。n n将上式（将上式（将上式（将上式（d d d d）变换即可得到流动方向）变换即
37、可得到流动方向）变换即可得到流动方向）变换即可得到流动方向(fngxing)(fngxing)(fngxing)(fngxing)与三孔压力的函数与三孔压力的函数与三孔压力的函数与三孔压力的函数关系：关系：关系：关系：又因又因，将其代入式（，将其代入式（d d），并变换），并变换(binhun)(binhun)可得流体总压、静压可得流体总压、静压以及代表速度特性以及代表速度特性(txng)(txng)的的ps/p0ps/p0与与、p1p1、p2p2、p3p3的函数关系：的函数关系：2023/2/740第39页/共69页第四十页，共69页。2023/2/741第40页/共69页第四十一页，共69
38、页。n n当侧孔当侧孔当侧孔当侧孔1 1 1 1和和和和3 3 3 3与中心孔与中心孔与中心孔与中心孔2 2 2 2的夹角的夹角的夹角的夹角 时，表示方向、速度、静压时，表示方向、速度、静压时，表示方向、速度、静压时，表示方向、速度、静压n n和总压特性的函数和总压特性的函数和总压特性的函数和总压特性的函数(hnsh)(hnsh)(hnsh)(hnsh)式分别为：式分别为：式分别为：式分别为：2023/2/742第41页/共69页第四十二页，共69页。图图12 12 方向方向(fngxing)(fngxing)特性曲线特性曲线图图13 13 速度速度(sd)(sd)特性特性2023/2/743
39、第42页/共69页第四十三页，共69页。图图13 13 总压特性总压特性(txng)(txng)2023/2/744第43页/共69页第四十四页，共69页。n n2023/2/745第44页/共69页第四十五页，共69页。式中，式中，k k 为等熵指数为等熵指数(zhsh)(zhsh)。2023/2/746第45页/共69页第四十六页，共69页。2023/2/747第46页/共69页第四十七页，共69页。第三节第三节 三维流场中流向三维流场中流向(li xin)(li xin)的测量的测量2023/2/748第47页/共69页第四十八页，共69页。第三节第三节第三节第三节 三维流场中流向三维流
40、场中流向三维流场中流向三维流场中流向(li xin)(li xin)(li xin)(li xin)的测量的测量的测量的测量n n图图12 12 四孔圆柱探针四孔圆柱探针 结构结构(jigu)(jigu)示意示意2023/2/749第48页/共69页第四十九页，共69页。图图13 13 Ma数校正曲线数校正曲线图图14 14 俯仰角、静压、总压校正曲线俯仰角、静压、总压校正曲线2023/2/750第49页/共69页第五十页，共69页。总压和静压的计算总压和静压的计算(j sun)(j sun)式：式：p0=p1+p0r(p1-p2)ps=p1-psr(p1-p2)2023/2/751第50页/
41、共69页第五十一页，共69页。五孔球形探针五孔球形探针五孔球形探针五孔球形探针测量三维气流最常用的五孔球形探测量三维气流最常用的五孔球形探测量三维气流最常用的五孔球形探测量三维气流最常用的五孔球形探针，在其球面上有五个孔，中间孔针，在其球面上有五个孔，中间孔针，在其球面上有五个孔，中间孔针，在其球面上有五个孔，中间孔用来测总压，其他四个孔是方向孔，用来测总压，其他四个孔是方向孔，用来测总压，其他四个孔是方向孔，用来测总压，其他四个孔是方向孔，也可测量静压和气流速度。也可测量静压和气流速度。也可测量静压和气流速度。也可测量静压和气流速度。球的直径可以在球的直径可以在球的直径可以在球的直径可以在5
42、10mm510mm510mm510mm之间选取，之间选取，之间选取，之间选取，测量孔直径为测量孔直径为测量孔直径为测量孔直径为0.51.0mm,0.51.0mm,0.51.0mm,0.51.0mm,中心中心中心中心(zhngxn)(zhngxn)(zhngxn)(zhngxn)孔轴线与侧孔轴线夹角孔轴线与侧孔轴线夹角孔轴线与侧孔轴线夹角孔轴线与侧孔轴线夹角为为为为45454545。图图15 15 五孔球形探针五孔球形探针(tn zhn)(tn zhn)2023/2/752第51页/共69页第五十二页，共69页。n n图图16 16 理想流体绕圆球流动理想流体绕圆球流动(lidng)(lidng
43、)2023/2/753第52页/共69页第五十三页，共69页。n n2023/2/754第53页/共69页第五十四页，共69页。n n2023/2/755第54页/共69页第五十五页，共69页。n n2023/2/756第55页/共69页第五十六页，共69页。n n2023/2/757第56页/共69页第五十七页，共69页。图图17 17 球形五孔探针球形五孔探针(tn zhn)(tn zhn)校正曲线校正曲线2023/2/758第57页/共69页第五十八页，共69页。第四节第四节第四节第四节 热线热线热线热线(rxin)(rxin)(rxin)(rxin)风速仪风速仪风速仪风速仪n n热线风
44、速仪是一种多用途的测量热线风速仪是一种多用途的测量热线风速仪是一种多用途的测量热线风速仪是一种多用途的测量(cling)(cling)(cling)(cling)仪器，它与热线或热膜探头一起仪器，它与热线或热膜探头一起仪器，它与热线或热膜探头一起仪器，它与热线或热膜探头一起n n，用于测量，用于测量，用于测量，用于测量(cling)(cling)(cling)(cling)流体的平均流速、脉动速度和流动方向。流体的平均流速、脉动速度和流动方向。流体的平均流速、脉动速度和流动方向。流体的平均流速、脉动速度和流动方向。n n其探头的几何尺寸较小，对流干扰小，故经常用于一般探针难以其探头的几何尺寸较
45、小，对流干扰小，故经常用于一般探针难以其探头的几何尺寸较小，对流干扰小，故经常用于一般探针难以其探头的几何尺寸较小，对流干扰小，故经常用于一般探针难以n n安置的地方。安置的地方。安置的地方。安置的地方。n n其热惯性小，特别适合脉动流体测量其热惯性小，特别适合脉动流体测量其热惯性小，特别适合脉动流体测量其热惯性小，特别适合脉动流体测量(cling)(cling)(cling)(cling)。2023/2/759第58页/共69页第五十九页，共69页。2023/2/760一、探头一、探头(tn tu)(tn tu)及其型式及其型式热线热线(rxin)(rxin)探头探头热丝探头热丝探头(tn
46、tu)(tn tu)热膜探头热膜探头(tn tu)(tn tu)第59页/共69页第六十页，共69页。2023/2/761图图18 18 典型的热探头典型的热探头(tn tu)(tn tu)管管（a a）一元热线探头）一元热线探头(tn tu)(tn tu)（b b）热膜探头）热膜探头(tn tu)(tn tu)（c c）三元热线探头）三元热线探头(tn tu)(tn tu)热线探头根据测量要求有一元、二元、三元探头之分，分别用于热线探头根据测量要求有一元、二元、三元探头之分，分别用于测量一元、平面测量一元、平面(pngmin)(pngmin)和空间流动。和空间流动。第60页/共69页第六十一
47、页，共69页。二、工作原理和测速的数学表达式二、工作原理和测速的数学表达式二、工作原理和测速的数学表达式二、工作原理和测速的数学表达式 当人为地用恒定电流对热丝加热时，由于流体对热线有冷却当人为地用恒定电流对热丝加热时，由于流体对热线有冷却当人为地用恒定电流对热丝加热时，由于流体对热线有冷却当人为地用恒定电流对热丝加热时，由于流体对热线有冷却(lngqu)(lngqu)(lngqu)(lngqu)作用，而流体冷却作用，而流体冷却作用，而流体冷却作用，而流体冷却(lngqu)(lngqu)(lngqu)(lngqu)能力随流速的增大而加强，因能力随流速的增大而加强，因能力随流速的增大而加强，因能
48、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，这即是等电流法测量流体流速的原理。的速度，这即是等电流法测量流体流速的原理。的速度，这即是等电流法测量流体流速的原理。的速度，这即是等电流法测量流体流速的原理。在某恒定电流下，流体流速和热线电阻的关系，可事先在校准在某恒定电流下，流体流速和热线电阻的关系，可事先在校准在某恒定电流下，流体流速和热线电阻的关系，可事先在校准在某恒定电流下，流体流
49、速和热线电阻的关系，可事先在校准风洞上标定出来。风洞上标定出来。风洞上标定出来。风洞上标定出来。2023/2/762第61页/共69页第六十二页，共69页。2023/2/763如果保持如果保持(boch)(boch)热线的温度一定（即电阻一定），则可以建立热线电流和流体热线的温度一定（即电阻一定），则可以建立热线电流和流体速度的关系，这就是等温法的原理。速度的关系，这就是等温法的原理。热线与流动方向正交时，流体对热线的冷却能力最大，随着二者交角不热线与流动方向正交时，流体对热线的冷却能力最大，随着二者交角不断减小，流体对热线的冷却能力将不断减小。断减小，流体对热线的冷却能力将不断减小。热丝的简
50、化模型如图热丝的简化模型如图1919，金属丝由电流加热，它，金属丝由电流加热，它的温度高于周围介质温度，由于热线的长径比的温度高于周围介质温度，由于热线的长径比较大，故可忽略热线对支杆的导热损失，又由于较大，故可忽略热线对支杆的导热损失，又由于热丝加热温度与介质温度相差不大，故可忽略热丝加热温度与介质温度相差不大，故可忽略热辐射损失，热辐射损失，图图19 19 热线热线(rxin)(rxin)传感器模型传感器模型第62页/共69页第六十三页，共69页。n n2023/2/764第63页/共69页第六十四页，共69页。2023/2/765上述公式上述公式(gngsh)(gngsh)整理后得：整理