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1、第五章 速度测量测量速度的主要方法：（1）空气动力测速法（2）热线测速法（3）激光测速法空气动力测速法 概述问题：知道总压和静压后如何计算速度？还需要 测量哪个量？当忽略气体的压缩 性时：空气动力测速法 风速管(毕托管)用风速管(毕托管)同时测量气流的总压和静压。 典型的毕托管结构空气动力测速法 三孔针(1). 用途：测量二元流的速度及方 向(4). 使用方法: 不转动法(2). 要求：对气流的变化特别敏感(3). 结构： 如图所示三孔针 不转动法使用步骤 风洞校准(1) 进行畅通性检查; 按定位基准固定在坐标架上，保证二孔对准气 流方向； (3) 按使用的Ma数范围将风洞稳定在某一Ma数 下
2、； (4) 按使用的角范围从负到正以一定的步长转 动坐标架； (5) 采集p1、p2、p3、p*及p值； (6) 调整Ma数，重复以上步骤；三孔针 不转动法使用步骤 风洞校准(7) 整理数据，计算出各个Ma数下的角度系数K 、总压系数K0、速度系数，它们的定义如下 ：三孔针 不转动法使用步骤 风洞校准当0.3时，可以忽略气体的压缩性：当0.30.6时，不可以忽略气体的压缩性：三孔针 不转动法使用步骤 风洞校准(8) 根据计算出的K 、 K0、 值绘制出角度特性 、总压特性、速度特性三根校准曲线。角度特性与总压特性曲线三孔针 不转动法使用步骤 风洞校准速度特性曲线三孔针 不转动法使用步骤 现场使
3、用(1) 将三孔针按定位基准装在试验器上； (2) 试验时，实测p1、p2、p3值； (3) 计算K ； (4) 按此K 值从校准曲线上查出值，再按值从 K0校准曲线上查出K0值，这样依据K0公式就可 以计算出p*； (5) 按此值从校准曲线查出值，这样依据 公式就可以计算出p值。三孔针 不转动法使用步骤 使用范围(1) 0.6； (2) 对大数， 使用三管型； (3) 对高亚音速 ，使用楔型。空气动力测速法 五孔针 (1). 用途： 测量三元 流的速度 及方向；(2). 要求： 对气流的 变化特别 敏感； (3). 结构 ：如图所 示五孔针 不转动法使用步骤 风洞校准(1) 进行畅通性检查;
4、 按定位基准固定在坐标架上，保证二孔对准气 流方向； 按使用的Ma数范围将风洞稳定在某一Ma数下 ； (4) 按使用的角范围将角从负到正稳定在某一 角度； (5) 按使用的角范围从负到正以一定的步长转动 坐标架，采集p1、p2、p3、 p4、p5、 p*及p值；五孔针 不转动法使用步骤 风洞校准(6) 调整角，重复第(5)步，直到各 角数据全部 采集完成； (7) 调整Ma数，重复(4)、(5)、(6)步骤； (8) 整理数据，计算出各个Ma数下的角度系数K 、 K，动压头系数5、系数K、总压系数K0 ，它们的定义如下：五孔针不转动法使用步骤 风洞校准(9) 根据计算出的K 、 K、5、K、K
5、0值绘制出 角度特性、速度特性、总压特性三根校准曲线 ，如图所示。角度特性曲线速度特性曲线总压特性曲线五孔针不转动法使用步骤 现场使用 (1) 将五孔针按定位基准装在试验器上； (2) 试验时，实测p1、p2、p3 、p4、p5值； (3) 计算K 、K 、K； (4) 按此K 、 K 值从角度特性校准曲线上查出 、值，即求得方向； (5) 按 、 值从速度特性校准曲线上查出5值， 从而计算出动压头1/2v2值，即求得速度值； (6) 按 、K值从总压特性校准曲线上查出K0值， 这样依据K0公式就可以计算出p*，从而求出p 。热线测速技术 热线探头热线探头的结构形式：热线和热膜(a) 一元热线
6、探头；(b) 热膜探头；(c) 三元热线探头热线测速技术 热线探头热线与热膜的特点 (1) 热线 优点：工作温度高、频响高、价格低； 缺点：强度低、稳定性差、只能用于气体。 (2) 热膜优点：强度高、稳定性好，可用于气体，更适用 于液体； 缺点：工作温度低、频响低、价格高。热线测速技术 工作原理与热线方程基本原 理当热线的温度(或电阻)保持恒定时：热线探头与流体达到热平衡时：此时： 当加热电流保持恒定时：此为恒电流工作方式此为恒电阻工作方式热线测速技术 工作原理与热线方程热线方程 当流体流动方向垂直于热线时：式中：a、b分别为与流体参数和探头结构有关的 常数；热线电阻R随温度变化的规律为：热线
7、测速技术 工作原理与热线方程恒电阻工作方式 在热线电阻R和热线工作温度t保持不变，流体温度 tg也保持不变的条件下，热线方程可以写成：式中：a2、b2为与流体参数、探头结构、热线温度 有关的常数。 恒电阻工作方式的基本 工作方程为：热线测速技术恒电阻工作方式原理电路恒电阻Rd的自动维持电路 优点：高响应、高增益， 适于动态测量。热线测速技术热线风速仪的标定热线测速技术热线风速仪的方向特性热线测速技术影响热线测速的一些因素(1) 被测 介质温度tg的影响 (2) 热线污染 (3) 临壁效应 (4) 湍流度激光测速技术 激光多普勒测速 激光多普勒测速原理多普勒效应：若一粒运动着的微小颗粒穿过一束
8、激光，只有当颗粒的运动速度垂直于入射激光 的传播方向时，它所感知的激光波长(频率)才 与入射激光本身的波长(频率)相等。若速度v在 光的传播方向的投影与光速c同向时，微粒感知 的波长就偏长，反之则偏短。 三要素：激光光源、微小粒子、多普勒效应激光测速技术 激光多普勒测速 激光多普勒测速原理激光测速技术 激光多普勒测速 差动多普勒系统双散射系统激光测速技术 激光多普勒测速 多维激光测速激光测速技术 激光多普勒测速 流向判别如果流速沿正方向如果流速沿反方向激光测速技术 激光多普勒测速 差动多普勒的干涉图案解释探针体激光测速技术 激光多普勒测速 差动多普勒的干涉图案解释粒子流体允许的最大dp(m)频
9、响要求1KHz时频响要求10KHz时 硅油空气2.60.8 TiO2空气1.30.4MgO火焰2.60.8频响与允许的粒子最大直径dp的关系 激光测速技术 激光多普勒测速 散射粒子的特性激光测速技术 激光多普勒测速 信号处理多普勒脉冲信号 a. 脉冲群中各脉冲信号 幅值不同，信号的平均 值不等于零，有一基底 ；b. 多种粒子同时穿越探 针体，各自散射出自己 的脉冲群；c. 背景噪声。(1) 多普勒信号的特点(2) 测量多普勒信号频率的方法 a. 对信号进行高通和低通滤波，去除基底及一部 分噪声； b. 用限幅器剔出大粒子信号； c. 应用频谱分析法和波群自相关分析法； d. 剔除不合格信号，保
10、留合格信号，将其频率值 进行平均，求出对应的平均速度和湍流度等参 数。激光测速技术 激光多普勒测速 信号处理在光电倍增管阴极上合成强度为：光电倍增管接收的多普勒信号功率为：以光电倍增管接收器为例，两种散色光强度分别为(3) 光功率计算激光测速技术 激光多普勒测速 信号处理若使光电阴极的截止频率远远低于f1、 f2及f1 + f2 ，使其只能接收信号的平均值，在理想情况下： cos2的平均值为1/2； cos的平均值为0，此时： 激光测速技术 激光多普勒测速 信号处理激光测速技术 激光双焦点测速法一维测速飞越时间统计图二维测点统计图 激光测速技术 激光双焦点测速法激光测速技术 粒子图像测速法第一步：用双曝光方法摄取流场的粒子图像； 第二步：分析图像，提取速度信息； 第三步：显示速度矢量场。PIV典型的图像处理过程示意图激光测速技术 粒子图像测速法二维流场图激光测速技术 粒子图像测速法
