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测压管与测速技术
热线热膜风速仪
激光多普勒测速技术
粒子图像测速技术
6.0 概述
测量气流速度的很多，但在热能动力方面，目前世界上最常用的方法还是空气动力测压法，其典型仪器就是各种测压管。
按用途，测压管可分为总压管、静压管、动压管、方向管和复合管。
伯努利方程是最基本的方程。
伯努利方程对同一条流线有效，只有在进口均匀的流场中才对整个流场有效6.1 测压管与测速技术
气流速度测量
空间气流测量
6.1.1 气流速度测量
气体流速低，不考虑其可压缩性；气体流速高，需要考虑可压缩性。
式中ε为气体的压缩性修正系数，它表示了气体的压缩效应的影响。
1．L型动压管(皮托管)
考虑气体的压缩效应，有
皮托管的结构
2. T型动压管
总压和静压分别由管口迎着气流方向和背着气流方向的管子引出。
优点：结构简单，制造容易，横截面积小；
缺点：不敏感偏流角小，轴向尺寸大，不适于在轴向上速度变化较大的场合应用。
3. 笛型动压管
主要用于测量大尺寸流道内的平均动压，以得到平均流速。
按一·定规律开孔的笛形管垂直安装在流道内，小孔迎着气流方向，得到气流的平均总压。雨污分流器
静压孔开在流道壁面上，与笛形管一起组成了笛形动压管。
在保证刚度的前提下，笛形管的直径d要尽量小，常取d/D＝0.04~0.09。总压孔的总面积一般不应超过笛形管内截面的30％。
6.1.2 平面气流测量
平面气流的测量包括气流方向的测量和气流速率的测量。
测量气流速度的依据是不可压缩理想流体对某些规则形状物体的绕流规律。
常用的测压管有二元复合测压管和方向管。
为了准测出气流的方向，要求方向管或复合管对气流方向的变化尽量敏感，这恰恰与总压管、静压管的要求相反。
常见类型
1. 圆柱三孔型复合测压管
圆柱体上沿径向钻三个小孔，中间的总压孔的压力由圆柱体的内腔引出，两侧方向孔的压力由焊接在孔上的针管引出。
结构简单．制造容易，使用方便，应用广泛。
两方向孔对气流方向的变化越敏感越好。
理论分析和实验都表明：
中心角为45°时，方向孔对气流方向的变化最敏感。所以，二方向孔应在垂直于测压管轴线的平面内沿径向开孔，夹角为90°
圆柱三孔复合测压管只适于测量平面气流。
当气流方向不平行于和测压管轴线垂直的平面时，气流方向和平面的夹角，叫俯仰角β，β不为零虽然不影响气流在上述平面内方向的测量，但在测量气流的总压和静压时，会引起较大的误差。
鱼缸恒温器每根测压管一般应有方向特性、总压特性和速度特性三条校准曲线。常见型式的校准曲线的基本原理都相同。
2. 三管型复合测压管
把三根弯成一定形状的小管焊接在一起，就组成了三管型复合测压管。三管型测压管比圆柱三孔管的头部小，可用于气流Ma数更高、横向速度梯度更大的场合。
两侧方向管的斜角要尽可能相等；斜角可以向外斜，也可以向内斜；总压管可以在两方向管之间，也可以在它们的上方或下方。在相同条件下外斜的测压管比内斜的灵敏度高。
三管型复合测压管的特性和校准曲线与圆柱型三孔复合测压管的类似。
其不足是：刚性较差；由于方向管斜角的存在，气流较易产生脱流，在偏流角较大时示值不易稳定。
3. 楔型测压管
与圆柱型三孔复合测压管比较，它的总压孔对气流偏斜角的敏感性要小些，两方向孔对位置偏差的敏感性也小得多。
其表面出现激波时的临界Ma数比圆柱三孔型和三管型的高。
气流Ma数越大，其楔角应越小。
楔角减小还有利于减小气流横向速度梯度的影响，但却降低了测压管的灵敏度。
它对俯仰角β的不敏感性也较大。
它的缺点是：气流Ma数小时灵敏度较低。
4.二管型方向管
在只需要测量气流方向的场合，可用两根针管制成两管型方向管。
其斜角在45°～60°之间，两管要尽量对称，以斜角向外斜的较常用。
两方向孔的距离小，测量结果受气流横向速度梯度的影响也小，但刚性差。
5. 二元复合测压管的使用
镂空雕花
对向测量和不对向测量两种方法。
注意事项：
气流横向速度梯度
Ma数
连接管路的泄漏、堵塞
角度的正负号
压力的正负号
对向测量
要求在测量过程中反复转动测压管，使p1= p3。把测压管垂直插入被测气流中，使三孔迎着气流，三孔所在乎面与被测气流平面一致，记录方向块在此位置时测压管夹具刻度盘的读数α。
对向测量的结果较准确，但须反复调整油压管使p1= p3，较费时间。
不对向测量
这种方法不要求严格的p1= p3。把测压管垂直插入被测气流中，三孔迎着气流，并尽量使气动轴线方向与气流方向一致，记录三孔的压力p1，p2，p3。据此查表得到气流的方向。
节省测量时间，但是查表容易产生误差。
6.1.3 空间气流测量
空间气流速度的测量和平面气流速度的测量在原理上是一样的，所用的三元测压管实质上相当于两个组合在一起的二元复合测压管。常用的三元测压管结构型式如图6－9所示。
（1）球型五孔测压管
它的球部直径一般为5—10mm，测量孔的直径为0.5—1.0mm。中间孔轴线和例孔轴线的夹角在30°一50°之间，常为45°。支杆的直径约2.5—3mm。
实践表明：支杆和球的相对位置会明显影响测压管的方向特性，支杆越向球的后部偏移，方向特性曲线的不对称性越小。
（2）五管三元测压管
（3）楔型五孔测压管
三元测压管的使用和校准
1，2，3孔决定了垂直于支杆轴线的赤道平面；
4，2，5孔决定了平行于支杆轴线的子午平面。
气流方向在赤道平面内的倾角为α，在子午平面内的偏角为β。
空间气流速度的测量就是确定气流速度在这两个互相垂直的平面内的大小
和方向。
第6.2节热线热膜风速计(HWFA)
用测压管测量气流速度，由于滞后大，不适用于测量不稳定流动中的气流速度。即使在脉动频率只有几Hz的不稳定气流中测量流速，也不能获得满意的测量结果。
热线风速仪具有探头尺寸小，响应快等待点．其截止频率可达80kHz或更高，所以它可在测压管难以安置的地方位用，主要用于动态测量。
热线风速仪由热线探头和伺服控制系统组成。如果与数据处理系统联用，可以简化繁琐的数据整理工
作，扩大热线风速仪的应用范围。
一、热线热膜风速计(HWFA)的发展
恒流式风速计(第一代风速计, 50年代以前)
卧式导热油加热器
恒温式风速计(第二代风速计, 50年代以后)
反应快，时间常数小，热滞后效应小，频率响应宽(1MHz)。
三阶动态方程，具有三个以上的调节参量，调节过程中互相制约，互相影响；系统很不稳定，需要做方波试验，调节麻烦；频带较窄，不适于在高频流动中使用。
智能流速测量系统(第三代风速计，1995年)
预移相线路模型，具有五阶的动态方程，完全革除了全部调节参量，调节简单。
动态偏置的新概念和同步偏置的新线路，线路稳定，频带宽，动态性能好，免去了方波试验。
利用CPU技术，具有智能化功能，多功能多用途的软件包，自动化程度有重大提高。
热线热膜风速计--利用放置在流场中具有加热电流的细金属丝(直径1μm-10μm，长度1-2mm)来测量风速的仪器。它是建立在热平衡原理基础上的。对热线材料的要求（镀铂钨丝）
电阻温度系数要高
机械强度要好
电阻率要大
热传导率要小泥土样本
最大可用温度要高
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