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1、第5章 液流速度的测量5.1 动压管5.2 二元测压管5.3 三元测压管 5.4 热线热膜风速仪5.5 激光多普勒流速仪5.6 粒子图像速度场仪在不可压缩流体中，流体参数在同一条流线上有如下关系式中，p0 、p分别为被测点流体的总压和静压， 为流体的密度；v为流体速度。由上式可得 可见，只要测得被测点流体的总压和静压，或者它们之差，可按式（5.1）计算流体速度，式（5.1）是测量不可压缩流体速度的基本方程。 5.1 动压管 由测量流速的基本方程可知，如果将测量总压的总压测量管和测量静压的静压测量管组合在一起，可计算流体速度。这种组合的测压管叫动压管，又称为毕托管。 由于测压孔不可能严格地按几何
2、尺寸制造出来，测压管对流场不可避免有干扰，流体也有粘性，必须对理论公式（5.1）进行修正。修正后的公式为式中， 为动压管的校准系数。图5.1所示为直角形（L型）动压管。 图5.2所示为T型动压管。 5.2 二元测压管 对于作平面流动的液流，可采用二元测压管测量其流速的大小和方向。流场测量中常用的二元测压管有两种，一种是圆柱三孔型测压管，其感应头部的形状如图5.3（a）所示；另一种是三管型测压管，其感应头部的形状如图5.3(b)所示。三管型测压管测量原理与圆柱三孔型测压管无本质区别，下面就圆柱三孔型测压管为例，介绍其测量原理和使用方法。（a）圆柱三孔型 (b) 三管型圆柱三孔型测压管结构如图5.
3、4所示。在垂直于杆子轴线的平面上，钻3个小孔（孔径为0.31mm），中孔用来测量总压，两个侧孔以中孔为对称，并相隔450，用来测量流动方向。这三个孔与测压管体内埋设的三根无缝针管相连，无缝针管的另一端与压力计联通。测量时将圆柱三孔型测压管垂直插入液流所在坐标平面内，此时其角向位置是任意的，因而1孔、3孔对于液流方向不一定处于对称位置。若不对称（ ），将圆柱三孔型测压管绕自身的轴线转动，使两方向孔1孔和3孔所感受的压力相等，此时总压孔2孔所感受的压力p2即为液流总压p0，方向孔1孔或3孔所感受压力为p1或p3，与p2相配合，可得液流的速度v和静压p。因为，所以 从刻度盘上直接读出圆柱三孔型测压管
4、原始位置到转动至最后位置间的角度，即得液流方向角度。事实上，由于制造上的原因，测压孔并不能严格按几何尺寸制造出来，也有一些无法避免的随机因素，所以2孔测得的压力并不能严格地代表p0，p2-p1更不能直接用来求得液流的速度。 换句话说，测压管在使用前必须经过标定，而且一般来说，每根测压管的校准曲线都是不同的。校准曲线应有方向特性线、总压特性线与速度特性线。兹推荐的一组特性线表示如下：方向特性线 总压特性线 速度特性线与特性线相应的校准曲线如图5.6所示。对向测量对向测量。 将二元测压管插入被测液流中，要使三孔所确定的平面与液流平面一致。转动测压管，使1孔、3孔的压力指示值相等，即p1=p3，这时
5、从刻度盘记录下测压管从原始位置到转动至最后位置间的角度，即得液流方向角度 。同时记录下p2和p1（或p3），按总压线求得总压p0再按速度特性线求得静压p知道了总压和静压可按式（5.3）算出液流速度的大小 非对向测量。 将三孔测压管插入被测液流中，使三孔所确定的平面与液流平面一致，两方向孔的中心线尽可能对准液流的方向。只需记录p1、p2和p3值，根据这些数值算出 ，由 值从图5.6 中方向特性线查出与其对应的角 ，即获得液流方向。再按此 值，从总压特性线查出与它对应的k0值。然后将k0、p1、p2和p3值代入总压特性线方程就可算出p0。利用 值还可以从图5.6 中的速度特性线查出与它对应的值kv
6、，将kv、p1、p2、p3和p0值代入速度特性线方程就可算出p。这样可获得液流的方向、总压和静压。5.3 三元测压管空间液流速度的测量和平面液流速度的测量在原理上是一样的，三元测压管实质上是把两个二元测压管互相垂直地组合在一起的，共同利用一个中间小孔，所以共有五个孔。可用来测量液流速度在两个相互垂直的平面内的大小和方向。常用的三元测压管结构型式如图5.7所示。球形五孔测压管的结构如图5.8所示。三元测压管的校准曲线型式和二元测压管完全一样，只是将图5.6 中的角改成角，脚码1和3分别换成5和4即可。测量时首先确定液流在赤道平面（1，2，3孔决定了赤道平面，可以绕其轴转动）内的方向角 ，称为液流角。然后再确定液流在子午平面内（4，2，5孔决定了子午平面，则不能转动）的方向角 ，称为液的斜角 在赤道平面内采用对向测量，在子午平面采用非对向测量。这实质上把空间液流的测量转成了平面液流的测量。 图5.10所示为球形五孔测压管测量流场空间某一点速度矢量的布置示意图。首先建立确定的坐标系统，原点取在被测点即球的中心点上，Y轴沿测压管体轴线方向即速度的径向方向（vr方向）；X轴为速度矢量的圆周方向（vu方向）；Z轴垂直于所研究的流体流动截面，即与机组转轴方向平行，球形五孔测压管的角度盘零线与Z轴平行。速度矢量在上述坐标的投影可用下式表示 式中， 为液流转角。 为液流斜角，
