建筑环境测试技术第七章-流速及流量测量课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 流速及流量测量,7-1 流速测量,7-2 流速测量仪表的标定,7-3 流量测量方法和分类,7-4 差压式流量测量,7-5 叶轮式流量计,7-6 电磁流量计,7-7 涡街流量计,7-8 容积式流量计,第七章 流速及流量测量7-1 流速测量,1,7-1 流速测量,测量方法：,直接：,1. 机械式风速仪:利用流动气体的动压推动机械装置。,2. 散热率法：热电风速仪,热线风速仪,间接：1. 动力测压法，毕托管,2. 激光测速法,一、机械方法测量流速,1. 原理,：置于流体中的叶轮的转动角速度与流体的流,速成正比。,7-1 流速测量,2,2. 分类,：, 翼式：叶片为几片扭成一定角度的铝薄片。, 杯式：叶片为铝制的半球形叶片,2. 分类：,3,建筑环境测试技术第七章-流速及流量测量课件,4,建筑环境测试技术第七章-流速及流量测量课件,5,2）工作过程,通电带热体,被测气流 Q,散,V,V,Q,散,，若,I,一定,Q,热,一定,V,T,热,测出T,热,V,三、热线风速仪,使用最多的测微风速，测量气流,运动情况,1）基本原理,以热丝（钨丝或铂丝）或热膜（铂或铬制成薄膜）,为探头,裸露被测气流中。,并将探头接接入惠斯顿电桥，为一桥臂，热膜外涂 石英膜绝缘层与流体绝缘,当T不变时，热丝上的电功率热丝在气流中瞬时,耗去的热量。,2）工作过程,6,I,流过热丝电流,R,W,热丝的电阻,对流换热系数,F,热丝表面积,T,W,热丝表面温度,T,f,气流温度,1）热丝电阻,R,W,T,变化,时对应的电阻值,热丝材料的温度电阻系数,2）,与,v,气流有关,。,V,散热快。,建筑环境测试技术第七章-流速及流量测量课件,7,A,、,B,与散热及热丝材料结构等有关的常数。,气流密度,以上各式代入等式：,若热丝结构等参数已定则：,仅有,V,、,T,W,以及,I变化,则：,又 ,上式说明：,I,（或,T,）一定,V,与,T,（或,I,）成单值函数关系。,热线风速仪有恒流、恒温（恒阻）两种设计电路,。,8,2）恒温法,较为常用, 热线感受气流速度0时，调节电桥,G0, 进行测量时，热丝T,R调节IT（恒温）电桥平衡G0,（最终,R,W,恒定）,测量,IV,2）恒温法较为常用,9,3）恒流法,原理图与热球风速仪类似,优点：电路简单,缺点：测速探头在变温度阻状态下工作，易使敏感元,件老化，稳定性差。,3）恒流法,10,三、动力测压法测量流速,工作原理:,1)伯努力方程,静压 动压 全压,毕托管 静压，总压,三、动力测压法测量流速,11,实际测量：,K,P,速度校正系数（0.830.87 标准0.96）,可压缩流：,K,流体等熵指数,M,马赫数,当,M,0.2,按上式计算,一般情况下按不可压缩流体计算,实际测量：,12,2,）,毕托管构成原理,小孔M：孔平面与来流垂直,每个小孔N：与来流相切,进入小孔N的压力静压,进入小孔M的压力静压滞止后动能转变成的一部分压力,设M点气体绕流而完全滞止测V,M,0。,则,建筑环境测试技术第七章-流速及流量测量课件,13,2. 毕托管的形式,三种基本型：,1）动压测压管,结构：感测头、管身、引出管,感测头：锥形、圆形、椭圆形。,2. 毕托管的形式,14,总压测量：总压孔感测头端部与内管连通,静压测量：静压孔外管表面靠近感测头端部适当 位置有一圈小孔。,标准毕托管：上述结构。,特点,：测量精度高，无需再校正，,含尘浓度,易堵塞,用途： 测清洁空气的流速, 对其它仪表进行校定,总压测量：总压孔感测头端部与内管连通,15,2）T型毕托管,结构：两根相同的金属管组成,感测头部：方向相反的两个相互平行开口。,总压:迎着来流的孔；静压：另一孔,适合：测含尘较大的气流和粘度较大的液体,3）动压平均管,，阿牛巴毕托管,为测多点风速而得到平均风速,适用：圆形风道,风道截面,若干相等面积（如图4个相等面积）,测出各小面积的总压力值,取各总压力平均值,平均总压力,总压力取压管笛形管,静压管取压口背向气流,2）T型毕托管,16,三、毕托管的使用,1.毕托管使用条件,1）毕托管测速下限规定：毕托管总压力孔直径上的,流体,V太小，则动压太小测量不准,，,开口较大,V太小， 灵敏度下降,T,型测速,V,3m/s,2）减少测量误差： （最大100mm,3）使用前用标准毕托管校正,校正系数,4）总压孔与流体流动方向相对，且轴线与流体流动,方向一致。,5）防止静压孔堵塞,三、毕托管的使用,17,2.测点选择,1）测点位置已经达到典型的紊流速度分布。, 测出管道中心流速 V,平均, 测距管道内壁处流速,V,平均,选择方法：, 中间距形法,应用最广,管道,若干面积相等小截面，则该小截面V,各小截面,的平均流速 V,平均,a. 圆形管道,分成圆环,再分2倍，测点选在面积等分,线上。,2.测点选择,18,在以r,i,为半径的圆环上要选四个等分点作测点,则 （测点数）,圆形管道内流体的,V,平均,各测点,V,测,n,测量精度,b) 矩形管道,截面分成数量与测点数相同的等面积矩,形测区，长:宽12,测点等面积的矩心上。, 流体测定断面分区数多少根据所需准确度，流速分布的均匀性。,与管道断面尺寸无关。,准确度与使用场合有关。,流速分布的均匀性与被测流体断面位置有关。,在以ri为半径的圆环上要选四个等分点作测点,19,3.平均流速的计算,N,测点数,四、激光多普勒测速技术,1. 测速原理,随流体运动的微粒散射光的多普勒,效应获得速度信息。,20世纪60年代发展起来的一门新技术,3.平均流速的计算,20,静止的激光源（f,0,) 粒子（随流体运动）,粒子接受到的光波频率（散射光频率f,s,）,多普勒频移,u,粒子速度,C光速,e,s,粒子散射光相对于接收器方向的单位向量,e,0,粒子散射光在光速方向的单位向量,u中心处静压P，在节流处湍面产生径向压,差径向附加速度 Vr ，流体流向改变近管壁处,流体质点流向与管中心轴线倾斜流束收缩。,节流现象： VAVBVC节流时：流速受到节流装置,39,V,在流束截面积最小处后最大，此时静压力最小, 入口侧,P,1,出口侧静压,P,2,（，正压）（，负压）,且,Q,P,节流原理,3. 流量基本方程式及压力损失公式,1）不可压缩流体流量方程式,质量流量,体积流量,2）可压缩流体流量方程,质量流量, V在流束截面积最小处后最大，此时静压力最小,40,体积流量,流束膨胀系数,流量系数,3）节流元件压力损失,能量损失,4. 实用流量方程,5. 流量系数的确定,它与节流元件形式，取压方式，孔径比及流体流动状,态等因素有关。由于影响因素复杂，一般通过实验确定,体积流量,41,6. 标准节流装置,1）,标准节流件,标准孔板,标准喷嘴,文丘里管,6. 标准节流装置,42,2）标准取压装置,标准孔板：角接取压、法兰取压,标准喷嘴：角接取压,3）标准节流装置使用的流体条件和管道条件。,流体条件,a. 连续流动,b. 稳定,牛顿流体：单相，节流时不相变,节流前已达到充分发展的紊流,管道条件,a. 直的圆形管道,b. 内壁洁净：光滑（粗糙度）,c. 足够的直管段。,2）标准取压装置,43,三、转子式流量计,1. 转子流量计的特点,面积式流量计,结构简单、使用方便、价格低廉,最程比大：可达10：1，差压式流量计为3：1,最程比最大流量与最小流量之比,直观性好,测量液体（气体）体积流量,测量范围：液：,L/h,几百,m,3,/,h,气：几千,m,3,/,h,建筑环境测试技术第七章-流速及流量测量课件,44,2.结构及工作过程,转子、锥形管、支撑连接部分,锥形管锥度：,1:201:200（被测流量而定）,流体从下,上,转子向上,转子与锥形管的面积,V,转子受到向上推力,重力流体作用力,转子停在某一高度,Q,高度,Q,l,3.转子流量计工作原理,在某高度,h,，处于平衡时，,2.结构及工作过程,45,转子材料密度,转子体积,转子最大横截面积,伯努力方程：,46,体积流量Q与转子高度或线性刻度成正比。,又因为,N锥形管的锥度，其值较小，n,2,可忽略, 体积流量Q与转子高度或线性刻度成正比。又因为N锥形管的,47,四、刻度校正,出厂刻度标定的介质与被测介质、温度、压力不同,介质密度、粘度变化,校正,原刻度以水为介质,T,、,P,粘度变化不大,对,作校正，则,原介质密度,工作时密度,转子材料密度,Q,校正后介质流量,仪表原刻度的流量,四、刻度校正,48,2. 原刻度以空气为介质,P,、,T,核正,2. 原刻度以空气为介质,49,7-5 叶轮式流量计,叶轮式流量计通过测量叶轮旋转次数测量流量。,一、水表,根据水流特点可分为：切线流叶轮式水表,竖式叶轮式水表,轴流式叶轮式水表,1. 切线流叶轮式水表,水流沿切线流入表内,叶轮旋转,旋转圈数,流量,特点：简单、价廉，适中于中、小管径的管道，水平,安装。,7-5 叶轮式流量计,50,2. 竖式叶轮式水表,水流方向与叶轮的转动轴垂直，水流从下面向上推动,叶轮旋转。,特点：启动流量小，压力损失小，要水平安装适用于,中、小管径的管道,3. 轴流式叶轮式水表,水流方向与叶轮的转动轴平行。,特点：压力损失小，能够以任何位置安装，适用于大,管径的管道。,二、涡轮流量计,速度式流量计,1. 组成,2. 竖式叶轮式水表,51,1. 组成,2. 工作原理及结构,涡轮将流量信号电信号,指示积算仪显示Q，转换成校准电流。, 涡轮传感器,流体流经变送器时，推动,安装在摩擦力很小的滚珠,轴承上的涡轮。,流体流过K-K，V,P,K-K与K-K 之间不等静压场。,抵销流体的轴向推力。,1. 组成,52, 导流器：进入涡轮前使流体先导直，避免自旋, 磁电转换装置：线圈，磁钢组成,流体流过涡轮旋转,叶片周期性改变磁路磁阻,磁,通量,线圈内感应出与Q成比例的脉冲信号, 前置放大器：放大电信号，传递到二次仪表, 导流器：进入涡轮前使流体先导直，避免自旋,53,3. 输入与输出关系,当叶轮处于匀速转动的平衡状态，并忽略涡轮上所有,阻力矩时，可得涡轮运动的稳态公式,涡轮角速度,涡轮与涡轮轴线夹角,r 涡轮叶片的平均半径,流体流过涡轮叶片时的轴向平均速度,3. 输入与输出关系涡轮角速度,54,此时检测线圈感应出的电脉冲信号频率为：,流通截面积为,F,的管道内流体的体积流量为,K,仪表常数,则：,n 涡轮转速,z 涡轮叶片数,此时检测线圈感应出的电脉冲信号频率为：流通截面积为F的管道内,55,4. 安装要求,涡轮流量器必须水平安装，其上游应装过滤器,上游侧应有1520,D,直管段,下游侧应有510,D,直管段,装消气器保证流体为单相,4. 安装要求,56,7-6 电磁流量计,一、工作原理,导体在磁场运动并切割磁力线时，导体中产生感应电,势,法拉弟电磁感应,电磁流量计原理,。,E,感应电势,B,磁感应强度,D,流体直径,V,液体流速,K,仪表常数,7-6 电磁流量计,57,二、组成,变送器、转换器、二次仪表,7-7 涡街流量计,一、涡街流量计,：应用流体振荡原理测量流量的新型,仪表,特点,：,1管道无可动部件,2无需外接电源,3对气体、蒸汽、液体均适合,二、组成特点：,58,1. 原理,1）卡门旋涡列：如图：,在流体中有对称形状的非流线形状柱体,漩涡发生体,物体后出现附面层分离，形成两列非对称有规律的旋涡列,卡门涡街,实验证明：,h,、,l,满足一定条件,旋涡列稳定,圆柱体满足：,h,l,0.281,1. 原理实验证明：h、l满足一定条件旋涡列稳定,59,2）旋涡频率：与物体形状、,V,有关,圆柱体:,S,t,斯特罗哈尔系数,圆柱体,fV. d,(特征长度),3）体积流量,插入旋涡发生体时，旋涡发生体处流通截面积,若，,则,2）旋涡频率：与物体形状、V有关,60,在一定Re内为,S,t,常数,Q,1,与,f,成线性关系。,若,f,已知,Q,2. 流量信号的检测,1）原理：,旋涡发生在圆柱体右下侧时，圆柱体周围形成一个环流,环流与圆柱体下侧流体流动方向相反,V,，,上侧流动方向相同,V,P,（由下向上的升力作用在圆柱体周围）,P,导上,T,流,61,流体通过电阻丝时带走热量,R,R f,（旋涡频率）,Q, 内腔安装贴有应变片的膜片，输出与旋涡频率成比,例的电脉冲信号。,Q f R,电脉冲信号。, 前置放大器：放大电信号，传递到二次仪表,7-8 容积式流量计,分类,：椭圆齿轮、腰轮（罗茨）、活塞式、湿式等流,量计。,原理：,在一定容积的空间里充满的液体，随流量计内部的运动元件的移动被送出出口，测量出送出流体的次数,流体体积,流体通过电阻丝时带走热量R 7-8 容积式流量计,62,1. 椭圆齿轮流量计,1）结构,2）原理,一对椭圆形齿轮流体从左,右,生产力矩,齿轮转动,上轮：左下侧压力,右下侧压力,上半圆形容积内液体排出出口,带动下轮逆时针,转,将一定液体封入下轮与壳体，上、下轮都有转动,力矩 继续转动,达到位置3，作用于轮上的力矩,0。,但下轮：P,左上侧,P,右上侧,下轮为主动轮,带动上轮继,续旋转，并将下半圆形液体排出。,1. 椭圆齿轮流量计但下轮：P左上侧P右上侧 下轮为主动,63,椭圆齿轮转一周,排出四个半圆形液体,则,n转轮转数r /s,V,0,计量室标定体积（半圆形容积）,Q n：精度较高0.51.0级,2. 腰轮（罗茨）流量计,原理：与椭圆齿轮流量计相同,不同：运动部件形状略有不同,精度很高 达到0.2级,测量介质：液体、气体流量,建筑环境测试技术第七章-流速及流量测量课件,64,建筑环境测试技术第七章-流速及流量测量课件,65,