7测量流量的其他方法35.pptVIP

流体力学 泵与风机 第一部分 流体力学 7 流体测量 7 流体测量 【知识点】 静压测量，流速测量，流量测量。 【能力目标】 掌握：流体中的静压测量方法。流体中的静压用测压管测量时，注意探头与流线一致，最好用有两个或多个测孔的环状测压管。 熟练掌握：皮托管、文丘里管、喷嘴流量计和孔板流量计的测量原理和方法。 理解：测量速度和测量流量的其它方法和仪器。 7 流体测量 流体测量和实验研究是密切联系的。实验研究从古至今都是流体力学研究与发展的重要手段和方法之一，由于实际流动非常复杂，实验研究和流体测量仍然是检验理论分析和数值计算结果最终的具有说服力的方法。如前面章节中介绍的管道内层流与紊流两种不同的流动状态、管道内紊流流动阻力系数及速度分布等等都是实验研究获得的成果。工程中流体测量通常是各种流体的物理特性，如密度、粘度和表面张力等的测量，以及各种流动参数，如压力、速度和流量等的测量。本章主要介绍流动参数测量的基本原理及方法。 7 流体测量 7.1 静压测量 在第2章对流动流体中的静压作了定义，流体中静压不会因测量仪器而变化，为了精确测量流动流体中的静压，测量探头及测点必须与流线一致，保证探头不会产生对流动的扰动。在直管道内，静压一般用测压管和压力表或U型管测压计测量。测压管在管道内的开口应该是垂直于管道轴线并保证表面光滑如图7.1中a管所示。任何象图7.1中c管那样的突出都将产生测量误差。据测算，如果突出达到2.5mm将会造成16％的局部流速水头的变化，此时，测得的压力低于未受扰动的液体压力。因为流线扰动将使速度增加，并根据伯努利方程可知压力降低。在测量管道内静压时，最好在测量断面上管道周围开两个或多个测孔以避免壁面不完善的影响，此时将使用一个环状测压管，如图7.2所示。 7.1 静压测量 7.1 静压测量 用静压管测量流场静压，如图7.3所示，这种仪器通过在管道周围对称布置的静压管测孔将压力传输到压力计或测压表中。如果与流动完全一致则可以得到比较好的结果。事实上，通过测压管孔的平均速度比未受扰动流场的速度略高，因此，测孔处的压力一般比未受扰动的流体压力低一些。采用直径尽可能小的静压管可以使误差减小到最小。为了获得流体压力读数，可以将测压管与压力表或压力变送器相连，压力变送器可以将压力以数字形式显示在屏幕上。 7.2 毕托管测量流速 毕托(Henri Pitot)在1733年首次用一根弯成直角的玻璃管测量了塞纳河的流速。弯成直角的开口细管就是简单的毕托管，是利用驻点压力原理制成的一种常用的测速仪器。它具有可靠度高、成本低、耐用性好、使用简便等优点。 毕托管原理是应用伯努利方程，通过测量点压强的方法来间接地测出点速度的大小。最简单的毕托管就是一根弯成90°的开口细管，如图7.4所示。流动流体中，静止物体最前缘点速度为0，称为驻点或前驻点，驻点处的动能全部转换为压力能，驻点处压强称为总压P0，由伯努利能量方程可得： 式中p、u ------物体前未受扰动的来流的静压和速度。 7.2 毕托管测量流速 如果测得某点的总压p0和静压p，就可以得到该点的速度。在工程应用中，一般把毕托管的一端放到压力管内流体中，开口顶端对准来流，在毕托管入口处形成一个驻点，静压管和毕托管组合成一体，静压管包围着毕托管，并在驻点之后适当距离的外管壁上沿圆周均匀地钻几个小的静压测孔，用U型管测出内管总压和环形空间内静压或差值△h，计算得到测点处的流速。测点处流速为： 7.2 毕托管测量流速 实际上，由于流体具有粘性，能量转换时会有损失，还有毕托管放入流体后对流场的干扰等，所以上式中右端应乘以一修正系数c，即： （式7.2） 式中c——修正系数，可由实验确定，一般在1.0～1.04，标准毕托管通常为1.0。 常用的毕托管是由一根测压 管和一根测速管组成，它们 被制成一端装有一半圆球探 头的双层套管，在两管的另 一末端连接上压差计，如 图7.5所示。 7.2 毕托管测量流速 探头端点A处开了一小孔与内套管相连，直通压差计的一端；外套管侧表面与A点相邻的B处，沿圆周均匀地开一排与外管壁相垂直的小孔（静压孔），外管直通压差计的另一端。测速时，将毕托管放置在欲测速的恒定流中某点A处，探头对着来流，使管轴与流体运动方向一致。流体的速度接近探头时逐渐减低，流至探头端点处速度为零，即端点为驻点，该点压强为驻点压强。流体在探头端点分叉后沿管向下流去，所以沿管壁AB是一条流线，由于管子很细，B点处的速度、压强已基本恢复到与来流速度和压强相等的数值。由以上讨论可知，外套管中的压强反映的是来流压强，因此，通过压差计