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测试与检测技术基础(10气流速度测量)_251602610

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田径比赛风速测量方法与内容

田径比赛风速测量方法与内容

田径比赛风速测量方法与内容说起田径比赛，大家最先想到的肯定是飞快的运动员在赛道上拼劲力，风一样地冲刺。

对吧？不过你知道吗，运动员们在赛道上飞驰的速度，不仅仅取决于他们的腿有多快，天上的风也是有很大影响的。

风，听起来是不是有点虚无缥缈？但你要知道，它对田径比赛的影响可是实打实的。

比如，风速一大，运动员的速度就能“蹭蹭蹭”地上去，甚至突破记录；风速太小，或者是逆风，选手就得咬紧牙关，加倍努力。

所以，比赛中的风速测量就成了一项非常重要的工作，绝对不能马虎。

风速是怎么测量的呢？说到这里，咱得说说风速测量的那些事儿了。

很多人一提到测风速，脑袋里可能就浮现出那种大大的风速计，转得飞快的指针，哦，不不不，其实不止这么简单。

一般来说，田径赛场上测量风速，最常用的就是“风速仪”这种高科技小玩意儿了。

你可以把它理解成一根小小的棒子，拿在手里像个小风车一样摇晃，风一吹过，仪器就会记录下风速的变化。

你想象一下，如果你站在跑道旁边，风速仪就在旁边“哗啦啦”地转动着，告诉你“哇，这风可不小啊！”这就是最基本的测量方式了。

但是，想要测得精准又靠谱，可没有那么简单。

一般来说，风速测量得有些讲究。

你不能随便把仪器一丢就算了，它的放置位置是有讲究的。

比如说，得放在离跑道三米左右的地方，并且要离地面保持一米的高度，不能太低，也不能太高，想要得到精准的数据，这些细节都是不能忽视的。

这仪器可不是像照相机那样随便拍一张就算了，它得经过一段时间的连续测量，才能得出一个相对准确的结果。

要不然，你拿着一堆不准确的数据，岂不是在和自己玩儿吗？风速测量的内容也很丰富，光是知道风速多少可不行，还得区分风向。

大家知道，在田径比赛中，风的方向也很关键。

如果风吹向运动员的前方，就是逆风，选手可得加倍努力；如果风是从后面吹来的，那就叫顺风，运动员的表现往往会比平时更好，甚至有可能刷新个人纪录。

而当风速超过一定数值，比赛的成绩甚至都不算有效了。

是的，你没有听错，风速过大，比赛成绩就没戏了。

气流速度测量-(上)

气流速度测量-(上)

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a. 总压管的标定

总压管要标定的是总压管的校正系数以及在不 同流速时，总压管对流动偏斜角的不灵敏性。
p0 K0 p '0
48
b. 静压管的标定

静压管要标定的是：
静压管在零偏斜角时，静压管的校正系数或
速度特性，以鉴定静压孔对气流静压的感受 能力
在不同流速时，静压管对气流方向变化的不
恒温风速计的基本原理就是利用反馈电路使热线温
度和电阻保持恒定。
16
•当风速增加，热线变冷，电阻Rs降低，1点的电压随之降低 •1点电压的降低引起了放大器负端电压增加，从而使E12增 加 •E12的增加意味着电桥电压Eb的增加， •Eb的增加导致了通过敏感元件是电流Is增大 •Is的增大意味着重新加热敏感元件，从而使1点电压获得升 高，结果减少了E12，使系统恢复平衡。
E A BU
式中E为风速计输出电压，A,B为以来于热线尺寸、流体物理特性和 流动条件的常数，指数n在一定的速度范围内恒定，在大范围内随 速度而变。
19
热线探头的实际特性曲线必须经过风洞校准试验求得
按一个已知速度U，对应在风速计上读出一个电压值E来做出E-U 曲线，也就是校准曲线。产生这种已知速度U的装置称之为校准 装置。
现代的流动测量仪器有着共同特点：
利用光纤技术、芯片技术、激光技术、数字信号 处理技术、图形图象处理技术以及计算机技术等 手段，沿着集成化、智能化、数字化、精确化、 光电一体化等思路迅速发展。
4
二、散热率法测量流速
散热率法测量流速的原理，是将发热的测速传感 器置于被测流体中，利用发热的测速传感器的散 热率与流体流速成比例的特点，通过测定传感器 的散热率来获得流体的流速。

现代工程控制中的测试与检测技术(10气流速度测量)讲解

现代工程控制中的测试与检测技术(10气流速度测量)讲解

4sin 2 (
)]
p3
p
1 2
v 2 [1
4sin 2 (
)]
p1
p3
1 2
v2[4sin2 ( ) 4sin2 ( )]
f
(v, , )
当= 0时，p1=p3 ，
因此，测得 p1=p3 ，可确定气流方向在“1”、“3”平分线上
当 ≠ 0时， p1 ≠ p3 ， 在 一定时 p1-p3=f (v,,)
复习
§ 2-2 压力测量
重力与被测压力平衡的测压方法（液柱法）
弹性力与被测压力平衡的测压方法（压力表等）
利用物质与压力有关的物理性质测压（压阻、压电等）
§2-2-2 气流压力测量
基于伯努利方程和 理想流体绕流物体的势流理论。
静压 p 静压管
绕流物体Cp=0处开孔取压
总压 p* 总压管
绕流物体Cp=1处开孔取压
向，得平均总压。 在流道壁面上开
静压孔。 保证刚度前提下，
直径d要尽量小，常取 d／D=0.04~0.09。 总压孔尽量小，
但不能堵塞。
二.气流方向测量 方向管
圆柱型方向管测向原理
垂直于轴线的平面内，沿径向开两孔1、3，夹角为
2，气流方向，与“1”、“3”平分线之夹角为α
于是：
p1
p
1 2
v 2 [1
4、PIV(particle image velocimetry)或PTV 5、激光干涉、全息等。
§2-2-1 测压管与测速技术
一、 气流速率测量 动压管
气流速度测量的基础是伯努利方程。对不可压流体：
p* p 1 v 2
2
v 2( p * p)
气流总压、静压可分别用总压管、静压管测量。

热工测试技术第5章 流体速度及速度测试技术

热工测试技术第5章 流体速度及速度测试技术

图5.61 粒子浓度及位置对信号质量的影响
76
图5.62 反向速度造成波形失真（图中κ=θ/2）
77
图5.63 具有频移的速度—频率特性（图中κ=θ/2）78
2
5.1.1 1.皮托管测速原理 要了解皮托管的测速原理，首先需要弄清楚 皮托管的构成。皮托管是一根弯成直角形的金属细 管，它的内部结构可以简化成如图5.2 2. 设计皮托管最主要的要求是：尽一切可能保 证总压孔和静压孔所接受到的压力真正是被测点的
3
图5.1 皮托—静压管流速计示意图
4
图5.2 皮托管构成原理图
5
5.1.2 1.L型探针 2. 3. 4.
6
图5.3
7
图5.4
8
图5.5 用于测量高含尘浓度气流的动压管
9
5.2 5.2.1 工业生产和科学实验中遇到的流动过程，常常 是非稳态过程。用以皮托管为代表的测压管来测量 非稳态过程的流体流动速度，由于测压管是通过测 压管上的静压孔和总压孔来感受流体的压强，将被 测量流体的速度转换成微压计上液柱高度的变化再 通过计算而得到流体的速度值。
14
图5.8 恒流型热线风速仪V—U标定曲线
15
图5.9 桥式恒温型热线风速仪
16
2. 1 ① ②热线在流体中的数学模型 2
17
3 ① ② ③恒流型热线的动态特性方程和动态响应过程 ④恒温型热线的动态特性方程和动态响应过程
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图5.10 热线在流体中的换热模型
19
图5.11 热线在流体中热平衡
1
5.1 速度测量的力学方法实质上是将以较高速度流 动的流体所呈现出的压力用测压管感受出来通过微 压计上的液柱高低示值测量出来。这种将速度量转 换为液柱差的方法称为速度测量的力学方法。用力 学方法测量流速，速度的大小（速率）可在被测点 上分别测得其总压和静压，经计算求得，也可以将 总压管和静压管合在一起，组成所谓的动压管来进 行测量。

局部通风设备控制气流速度检测与评估技术规范

局部通风设备控制气流速度检测与评估技术规范

局部通风设备控制气流速度检测与评估技术规范1. 引言局部通风设备在各行业的工作环境中起到了重要的作用，能够有效地控制空气中的有害物质浓度，保护工人的健康。

为了确保局部通风设备的正常运行和有效性，监测和评估气流速度是必要的。

本技术规范旨在规定局部通风设备控制气流速度的检测和评估方法，以确保设备的功能和性能符合相关标准和要求。

2. 检测设备2.1 气流速度计气流速度计是用于测量气流速度的仪器。

在检测局部通风设备的气流速度时，应使用准确可靠的气流速度计。

2.2 其他检测设备根据需要和实际情况，还可使用其他辅助设备进行检测，例如温度计、湿度计等，以更全面地评估局部通风设备的性能。

3. 检测方法3.1 准备工作在进行局部通风设备的气流速度检测前，应进行以下准备工作：- 确保设备处于正常运行状态；- 清洁检测区域，确保没有任何阻挡物干扰气流的流动。

3.2 检测步骤按照以下步骤进行局部通风设备气流速度的检测：1. 将气流速度计置于待检测的空气流动位置；2. 打开局部通风设备，使其正常工作；3. 等待一段时间，使气流稳定；4. 使用气流速度计测量并记录气流速度值；5. 根据相关标准和要求，对测量值进行评估。

4. 评估方法4.1 标准参考局部通风设备气流速度的评估应参考相关的国家和行业标准，如《局部通风设备气流速度检测与评价标准》等。

4.2 评估指标通过检测得到的气流速度值，可以进行以下评估：- 是否达到相关标准和要求；- 是否满足工作环境的特殊要求；- 设备的通风效果是否良好。

5. 结论通过本技术规范的指导，可以确保局部通风设备的气流速度检测与评估符合相关的技术规范和要求。

只有保证设备的正常运行和功能有效性，才能更好地保护工人的健康和安全。

在实际应用中，应根据具体情况进行检测和评估，并及时采取措施来修复或改进局部通风设备的性能，确保其长期稳定运行。

风工程中的检测10级译稿

风工程中的检测10级译稿

风工程中的测试技术Yukio Tamura东京工艺大学教授，风工程研究中心主任摘要：这篇报告介绍了最近以风工程监测技术为研究点的论题。

文中介绍了监测风速、风压以及建筑物的反应，涵盖了在实验室和现场作业面中不同的测量技术，并且做了同等风力强度下的风洞试验。

例如，对粒子图像测速技术，多普勒雷达技术，同时多通道压力测试系统，全球定位系统等等进行了讨论。

其在风工程中有效的贡献和潜在的作用都得益于作者的团队和其他研究人员的最新成果。

关键词：PIV技术，LDV，多普勒声纳，GPS,激光分析器，同时多通道压力测量系统1.实验室和现场作业面的流量测量技术1.1风洞测试速度监控在风洞实验中，通常是由静态皮托管和热丝风速表测量风速。

多孔管道，全方位欧文传感器，热敏电阻风速仪，锗风速仪和热膜风速仪技术也广泛用于风洞实验来测量流速。

欧文（1981年）提出的全方位的传感器，是基于压力信号，并为平流风力测量的方法。

微型皮托的静态管（Melbourne,1978年和 Kwok,1979年）用于平流风的测量，热敏电阻风速计也广泛用于平流风测量。

微型超声风速仪能够测量风速的三个组成部分。

Kwok（2003年）为风洞试验的应用总结了流场测量技术。

最近光学技术在理解复杂流场中起着重要的作用。

有两种主要的光学技术。

一种采用光学多普勒位移和干扰效果,另外一种通过获得的粒子得到两个连续的影像座。

这两种方法都需要播种示踪粒子。

它们有许多优点,包括非接触式测量的无干扰性，以及在有复杂反流的尾流区的适用性。

它们还具有的优点是能够衡量一个热分层流场的风洞,那里的温度有时空上的变化。

1.1.1热式风速计热线风速仪广泛应用于紊流测量。

从低风速到高风速，这种风速计均可以使用薄细长丝（例如直径0.005毫米3米长）得到高频率（如为100kHz）响应从而进行测量。

虽然热丝有一个一维探头，热敏电阻风速仪，它有一个类似机制的小球探头，也被广泛用于风洞试验，特别是对平流风测评。

流速及流量测量介绍

流速及流量测量介绍

（2）流体条件及管道要求
1）标准节流装置只适用于圆形截面的管道中单项、 均质流体的流量，流体应充满圆管并连续稳定流 动，流速应小于亚音速，流体在到达节流件前应 是充分发展的紊流。
2）节流件上下游的直管段长度应符合标准的要求。
4．配套仪表
双管差压计、双波 纹管差压计、电容 式差压变送器等。 若直接显示流量， 仪表内需要有开方 器。
测量误差 ≤±(0.5%O.F.S+2.5%O. R)
线性误差 ≤± 0.5%O.F.S(10m/s)
环境温度 0℃…+60℃最高 额定压力 PN 16bar
重复精度 测量值的0.4%
管接头 不锈钢
输出信号 晶体管PNP和NPN集
壳体
PC
电极开路最大100mA 外壳
IP 65(带电缆插头)
频率0…200Hz
v—平均流速 m/s
Q
4
D2
v
E 4 104 B Q kQ
D
变送器结构
外壳、磁轭、励磁 线圈、电极、测量 导管 注意： 1．为了防止磁力线被
测量导管的管壁短路， 导管由非导磁的材料 组成。 2．当采用导电材料作 导管，测量导管与电 极之间需要加内衬。
特点
测量精度高，一般为1.0级；可以测量含 有固体颗粒或纤维或带有腐蚀性的液体； 直管段要求低；被测液体需要导电。
2. 按中间矩形法布置测点。在 每一个圆环内布置测点，测 点所在圆周恰将圆环面积平 分，推荐均布四个。也可按 切比雪夫法布置测点。
3. 平均流速等于各点平均
二．利用节流装置进行流量测量
组成：节流装置、导压管、显示仪表
信号变换
仪表组成
1.节流件的工作原理
（以孔板为例）

测量风速的方法

测量风速的方法

测量风速的方法内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）测量风速的方法张曦计算机科学与技术10级1班高空风观测测量近地面直至30公里高空的风向风速。

通常将飞升气球作为随气流移动的质点，用地面设备（经纬仪或雷达）跟踪气球的飞升轨迹，读取其时间间隔的仰角、方位角、斜距，确定其空间位置的坐标值，可求出气球所经过高度上的平均风向风速。

高空风的测量一般指从地面到空中30km各高度上的风向、风速的测定。

其测量方法有：？一．利用示踪物随气球漂浮，观测示踪物位移来确定空中的风向和风速；?常用测风气球作为气流示踪物，使用地点跟踪设备观测其运动轨迹，测定其在空间各个时刻的位置，再用图解法、解析法或矢量法确定相应大气层中的平均风向、风速。

气球空间位置的确定需要测定三个参数：仰角δ、方位角α和球高H。

测风经纬仪是一种跟踪观测和测定空中测风气球仰角、方位角的光学仪器。

在实际测量中，可以采用单经纬仪测风，也可采用双经纬仪测风（基线测风法）。

其中后者准确度较高，可用来鉴定其它测风方法的准确性，但这种方法的观测和计算较复杂。

用双经纬仪测风计算高度时，可采用投影法（包括水平面投影法、铅直面投影法和矢量投影法）。

二．利用大气中的质点或湍流团块与无线电波、声波、光波的相互作用，由多普勒效应引起的频率变化推算空中的风向、风速；在我国，目前主要采用59型探空仪和701型二次测风雷达组成59—701高空探测系统，进行高空温、压、湿、风的综合测量。

三．利用系留气球、风筝、飞机、气象塔等观测平台，使测风仪器安置在不同高度上，根据气流对测风仪器的动力作用来测量空中的风向、风速。

导航测风就是借助导航台信号，由气球携带的探空仪自身确定其位置，并将位置信号、气象资料信号一起发回基站，然后在基站进行处理，计算高空风的方法。

近地面层以上大气风场的探测。

通常用气球法测风。

高空风探测也是气象飞机探测、、的内容之一。

风速计可完成哪些测量工作如何测量 风速计是如何工作的

风速计可完成哪些测量工作如何测量 风速计是如何工作的

风速计可完成哪些测量工作如何测量风速计是如何工作的风速计是测量空气流速的仪器，可测量平均流动的速度和方向；来流的脉动速度及其频谱；湍流中的雷诺应力及两点的速度相关性、时间相关性；壁面切应力；流体温度。

手持式经济型风速计具有大小适中、坚固耐用、高灵敏度、高度等特点。

多种测量单位可自由换算，助您杰出完成风速、风量、风温的测试工作。

风速计使用方法：1．使用前察看电表的指针是否指于零点，如有偏移，可轻轻调整电表的机械调整螺丝，使指针回到零点；2．将校正开关置于断的位置3．将测杆插头插在插座上，测杆垂直向上放置，螺塞压紧使探头密封，"校正开关"置于满度位置，渐渐调整"满度调整"旋纽，使电表指针指在满度位置；4．将"校正开关"置于"零位"，渐渐调整"粗调"、"细调"两个旋纽，使电表指针指在零点的位置5．经以上步骤后，轻轻拉动螺塞，使测杆探头露出（长短可依据需要选择），并使探头上的红点面对对着风向，依据电表度读数，查阅校正曲线，即可查出被测风速；6．在测定若干分后（10min左右），必需重复以上3、4步骤一次，使仪表内的电流得到标准化7．测毕，应将"校正开关"置于断的位置。

风速计是测量空气流速的仪器。

它的种类较多，气象台站常用的为风杯风速计，它由3个互成120固定在支架上的抛物锥空杯构成感应部分，空杯的凹面都顺向一个方向。

整个感应部分安装在一根垂直旋转轴上，在风力的作用下，风杯绕轴以正比于风速的转速旋转。

工作原理风速计其基本原理是将一根细的金属丝放在流体中，通电流加热金属丝，使其温度高于流体的温度。

当流体沿垂直方向流过金属丝时，将带走金属丝的一部分热量，使金属丝温度下降。

依据强迫对流热交换理论，可导出散失的热量Q与流体的速度v之间存在关系式。

标准的探头由两根支架张紧一根短而细的金属丝构成。

建筑环境测试技术之流速及流量测量1

建筑环境测试技术之流速及流量测量1

4．配套仪表
双管差压计、双波 纹管差压计、电容 式差压变送器等。 若直接显示流量， 仪表内需要有开方 器。
思考题：
采用孔板、差压变送器组成的测量系统测 量管道内流体的流量。已知差压变送器的 量程为0—0.6KPa，输出4—20mA，对 应流体的流量为0— 4.0m3 / s 。 1.当仪表的指示流量为 时，对 应的孔板两端的输出压差为多少？ 当差压变送器的输出为12mA时，流体的 流量为多少？
r 2 Vr Vo 1 R
V 1 V0 2
r0=0.7071R
所以如果知道被测流 体的状态，可根据流 体的流速分布情况布 置测点，
（2）紊流： 1 r n V r Vo 1 R V 1 V0 r0=0.762R 2
第三节 差压式流量计
一．利用毕托管测量流量
问题？
利用毕托管可以测得管道内流体的流速， 但毕托管所测得的是点流速，而由于流体 的粘性作用，管道内截面上各点的分布并 不均匀，而要想得到管道内流体的流量需 要得到管道内的平均流速，而管道内哪一 点的流体流速等于平均流速呢？
先看看管道内流体的速度分布吧
（1）层流：
四．激光多普勒测速技术
激光多普勒测速仪是利用随流体运动的微 粒散射光的多普勒效应来获得速度信息， 静止的激光光源发射的激光照射到随流体 运动的粒子上，同时粒子又将接收到的光 波向外散射，当静止的光接收器接收散射 光时，光接收器所收到的散射光频率fs与 静止光源的光波频率f0之差与运动粒子的 速度成正比。这个差值就叫多普勒频率。
四．激光多普勒测速技术
c ve0 v (e s e0 ) f D fs f0 f0 f0 f0 c ves c ves

热工测试技术流速和流量的测量详解

热工测试技术流速和流量的测量详解
体的计量直接关系到国家利益； 3、自来水、灌溉、污水处理等关
系到国计民生。
44
大型化工企业中，流量是 控制工艺过程和保证产品 质量的关键因素。
45
第5节 流量测量
1．流量：单位时间内流过流体的量，亦称瞬时 流量。
2．总流量：在一段时间内流过流体量的总和， 也可用在这段时间内对瞬时流量的积分。
3．平均流量：总流量除以得到总流量的时间间 隔称该段时间内的平均流量。
3．容积式流量计：流量计在被测流体的推动下，将流体一 份份封闭在测量腔体内，并一份份推送出去，根据单位 时间内推送出去的体积数实现流速的测量。
4．其他类型流量计：电磁流量计、涡街流量计、超声波流 量计、质量流量计等。
54
第6节 节流压差式流量计
1-节流元件 2-引压管路 3-三阀组 4-差压计
节流式流量计组成与实物图
55
第6节 节流压差式流量计
文丘利管 喷嘴
文丘利管压力损 失最小，而孔板 压力损失最大。
孔板
56
常用的节流装置
57
1、测量原理及流量方程
选定两个截面，I—I是节流装置前 流体开始受节流装置影响的截面； II-II是流束经过节流装置后收缩最 厉害的流束截面，由伯努利方程 式得
v12 p1' v2'2 p2'
2g 2g
由连续性方程：
S1v1 S2v2'
节流元件附近流速和压力分布情况
S2 S0
称为流束的收缩系数，其大小与节流装置的类型有关 58
1、测量原理及流量方程
v1

v2
S0 S1

mv '2
v2 '
1

速度测量.

速度测量.
速度测量是物理学和工程学中的重要任务，常见的方法有空气动力测速法、热线测速法和激光测速法等。其中，空气动力测速法通过测量气流的总的总压和静压，进而计算出速度。而三孔针和五孔针则更为精细，能够测量二元流和三元流的速度及方向。这些设备在使用前需要进行风洞校准，包括畅通性检查、固定坐标架、稳定风洞Ma数、转动坐标架采集数据等步骤。校准完成后，可以根据采集的数据绘制出角度特性、总压特性、速度特性等校准曲线。在现场使用时，只需将设备按定位基准装在试验器上，实测各压力值，并通过校准曲线查出相应的角度和速度值，从而完成速度的测量。

气流的测量

气流的测量
24
5.2.1 风杯风速计的感应原理（续）
两点注意： ① 当风杯处于小风速时，必须考虑两种摩擦力
矩（动摩擦力矩、静摩擦力矩）的影响。 ② 静摩擦力矩是常数，动摩擦力矩应与转速成
正比。风速越大，摩擦力矩所占的比例越低。 （见公式5.27）
M=2Nu2-Dun =B1n+B0（5.27） n=(2Nu2-B0)/(B1+Du)(5.28)
在稳定的风力作用下,风杯受到扭力矩而开 始旋转,它的转速与风速成一定关系。
31
风车（螺旋桨）风速计的感应原理
在风向尾翼的作用下，叶片旋转平 面始终对准风的来向。叶片系统受到 风压的作用，产生一定的扭力矩，使 叶片旋转。转速与外界风速成正比。 （yz平面旋转）
32
5.2.3 风车风速计和旋桨式风速计
缺点：金属色过细，易断；对工作环境要 求较高，灰尘不易过多。
39
5.3 散热式风速计
一、热线风速计
被加热的金属丝在气流中散热，它的散 热率与风速的大小有密切的关系，利用这一 特性可制成测量风速的仪器。
电流提供的热功率为：
dQ1 0.24i2Rt
0.24i2R [1 (t )]
其中：Rt为加热后金属丝阻值；t为金属丝温度； Rθ为金属丝在环境温度下阻值；θ：环境温度。
37
5.3 散热式风速计
热力式风速表是被电流加热的细金属丝或 微型球体电阻，放置在气流中，其散热率 与风速的平方根成线性关系。
通常在使加热电流不变时，测出被加热物 体的温度，就能推算出风速。
热线长度一般在0.5～2毫米范围，直径在 1～10微米范围，材料为铂、钨或铂铑合 金等。
38
优点：感应速度快，时间常数只有百分之 几秒，在小风速时灵敏度较高，探头体积 小，对流场干扰小，响应快，能测量非定 常流速；宜应用于室内和野外的大气湍流 实验。

测量风速的方法

测量风速的方法

测量风速的方法X曦计算机科学与技术10级1班高空风观测测量近地面直至30公里高空的风向风速。

通常将飞升气球作为随气流移动的质点，用地面设备（经纬仪或雷达）跟踪气球的飞升轨迹，读取其时间间隔的仰角、方位角、斜距，确定其空间位置的坐标值，可求出气球所经过高度上的平均风向风速。

高空风的测量一般指从地面到空中30km各高度上的风向、风速的测定。

其测量方法有：一．利用示踪物随气球漂浮，观测示踪物位移来确定空中的风向和风速；常用测风气球作为气流示踪物，使用地点跟踪设备观测其运动轨迹，测定其在空间各个时刻的位置，再用图解法、解析法或矢量法确定相应大气层中的平均风向、风速。

气球空间位置的确定需要测定三个参数：仰角δ、方位角α和球高H。

测风经纬仪是一种跟踪观测和测定空中测风气球仰角、方位角的光学仪器。

在实际测量中，可以采用单经纬仪测风，也可采用双经纬仪测风（基线测风法）。

其中后者准确度较高，可用来鉴定其它测风方法的准确性，但这种方法的观测和计算较复杂。

用双经纬仪测风计算高度时，可采用投影法（包括水平面投影法、铅直面投影法和矢量投影法）。

二．利用大气中的质点或湍流团块与无线电波、声波、光波的相互作用，由多普勒效应引起的频率变化推算空中的风向、风速；在我国，目前主要采用59型探空仪和701型二次测风雷达组成59—701高空探测系统，进行高空温、压、湿、风的综合测量。

三．利用系留气球、风筝、飞机、气象塔等观测平台，使测风仪器安置在不同高度上，根据气流对测风仪器的动力作用来测量空中的风向、风速。

导航测风就是借助导航台信号，由气球携带的探空仪自身确定其位置，并将位置信号、气象资料信号一起发回基站，然后在基站进行处理，计算高空风的方法。

近地面层以上大气风场的探测。

通常用气球法测风。

高空风探测也是气象飞机探测、气象火箭探测、大气遥感的内容之一。

气球法测风是把气球看作随气流移动的质点，用仪器测量气球相对于观测点的角坐标、斜距或高度，确定它的空间位置和轨迹；根据气球在某时段内位置的变化,就可以简易地算出它的水平位移,从而求出相应大气层中的平均水平风向、风速。

气体流速的测量方法1

气体流速的测量方法1

气体流速的测量
气体的流速，是用单位时间内通过柱子或检测器的气体体积大小来表示的，常用单位是毫升/分，测量气体流速的方法很多，在气相色谱中，由于气体流速较小，载气与氢气流速为20~150ml/分，空气流速为200~1000ml/分。

皂泡流量计是由带有体积刻度的玻璃管和装有皂液的的橡皮囊球组成的，用橡皮管把流速计入口和仪器出口相连。

当有气体流出时，挤一下橡皮囊球，使皂液面高过入气口，则形成一个气泡，在气流推动下，气泡向上移动，用秒表测一下气泡移动一定刻度所需的时间，然后算出相应地气体流速来。

皂泡流量计是测量气体流速比较准确的方法，其精度可达1%，使用时，要注意保持流量计的清洁，湿润，皂水要用澄清的肥皂水或其它能起泡的液体，如烷基苯磺酸钠等。

皂泡水的配制:用温水10- 20：1洗洁精配制。

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测压管校准曲线 由于工艺上的原因及其它因素影响，不能直接用以上 的关系式求得p*、p、v。一般，p1、p2、p3与p*、p、v的 12 关系应在风洞上通过实验进行标定。
圆柱三孔测压管－气流方向、几何轴线、气动轴线
13
特性曲线 推荐的一组特性曲线中， p*和p是校准风洞中的总 压和静压，p1、p2、p3是被校测压管 1、2、3孔感受的 压力。 1）、方向特性 p1 − p3 Xα = = f1 (α ) 2 p2 − p1 − p3 求Xα～α关系曲线： 对一定的α，测量一组 p1，p2，p3，获得Xα，获 得曲线。 使用Xα～α曲线： 依据测量值p1，p2，p3 计算Xα，查曲线确定 14 气流方向α。
p2
1 2 1 2 2 o p1 = p3 = p + ρv (1 − 4 sin 45 ) = p − ρv 2 2 因此： p2 + p1 p= p 2 + p1 = 2 p 2 有 （测静压p） p
p2－p1=ρ v2 得
v= p 2 − p1
1 = p* = p + ρv2 2
ρ
（测流速v）
测量方法 ① 直接测量法（对向测量） 在XOY平面内转动热线，使E最大。气流方向在XOY内 且与热线垂直。 测得E，由E ~ vR，可求得vR（= v）； ② 间接测量法（不对向测量） 置热线探头于XOY平面，测得桥项电压E1。 将热线探头在XOY内转动∆θ角，测得桥电压E2。 由E ~ vR可得vR1和vR2，解联立方程得v和θ
金氏定理： 金氏定理： 描述桥顶电压与流速关系
E2=A+Bvn
A、B与a、b性质相似；n推荐值为0.5。 金氏定理是对热线风速仪在恒温工作方式下测量流 速的工作原理的一种近似描述，是讨论热线风速仪应用 的基础。 二.平均流速测量 金氏定理是一种理论方法，实际使用误差较大。原因： ① 热线非光滑，亦非无限长 ② 支架导热损失存在 实际采用的金氏定理公式 金氏定理公式（可使误差得以减小） 金氏定理公式
工作原理：tf 一定时，流速v只是电流I和热线温度tw的函数 热线风速仪的二种工作方式 恒流方式： 固定I ， v= f (tw) ， 由tw→v 恒温方式： 固定tw ，v= f (I ) ， 由I→v 热线方程 在恒温方式下，热线电流与气流速度的关系，可由热 线方程表达：
I
2
= a + bv
n
式中：a、b — 常数。与流体流动参数、探头结构、 材料性质有关，且是带有流体温度有别于t0 时的附加修 正系数。 n —常数,推荐值为0.5 热线的电阻/温度特性 层流强制对流 恒温方式 热线的电阻 温度特性 热平衡
21
热线方程成立的条件： 热线方程成立的条件： ① 热线视为无限长、表面光滑的圆柱体，忽略支架的导 热损失 ② 气流稳定，流速方向与热线垂直，且在热线与支杆所 成的平面内 金氏定理 测量线路中， 热线是电桥的一臂。 测量的不是I，而是 R3 R2 电桥的桥顶电压E。 E ∆e 负反馈过程。 过程终结，v ~E有 I R1 确定关系。 V Rw 22
基于伯努利方程和 理想流体绕流物体的势流理论。 静压 p 静压管 绕流物体Cp=0处开孔取压 总压 p* 总压管
1
pϕ p, v∞ ϕ
绕流物体Cp=1处开孔取压
常用总压管 L型总压管、带导流套总压管、梳状总压 管、附面层总压管。
2
三.静压测量与静压管 原理：静压测量较总压测量困难（静温），分二种情况： a、壁面开孔取压（测壁面附近的静压力） b、用静压管测压（测流场内某一点的静压力） 壁面静压测量（简单） 为提高测量精度，要求： a、开孔附近壁面平滑、无毛刺，避免流线变形； b、静压孔开孔直径不宜过大（流线在此处下沉，误 差大增）；亦不宜太小（加工困难、易堵塞、滞后）， 一般以0.5~1.0mm为宜。 c、开孔形状设计合理，且与壁面垂直。 流场中静压测量（困难） 用静压管测量，典型的为L型静压管。
3
L型静压管开孔位置选择 原理上：在被绕流物体Cp=0处开孔取压，可测得静 压力p 。 实际开孔位置的选择要考虑支杆对气流有阻碍作 用。 对静压管的要求同总压管 常用静压管: L型静压管 带导流套静压管 圆盘型静压管。 λ是气流速度系数 λ与气流Ma数有关
V λ = a*
a* 是临界声速
4
§2-3 气流速度测量 目的： 目的 ： 要了解热力机械运行状况及工作过程，需要 测量气流速度。 气流速度测量方法 1、以空气动力学为基础、通过测压确定流速，典型 仪器是测压管（中、高速） 。 2、研究流体某些流动特性时（湍流） ，热线（膜） 风速仪是一种合适的仪器。 3、激光多普勒测速技术，为热力机械中气流速度测 量提供了有效的工具（全范围）。 4、PIV(particle image velocimetry)或PTV 5、激光干涉、全息等。
15
3 ) 速度特性 当M<0.2~0.3时，M对速度特性影响不大，可建立起Xv ~α ∗ p −p Xv = = f3 (α, M) 2 p2 − p1 − p3 求取Xv ~α关系： 总压管测 p*，静压管测p 对一定的α，测得一组 p1 、 p2、p3 ,计算Xv，得曲线。 使用Xv ~α曲线： 测得的 p1、p2、p3 ,由 Xα~α，求得α，再由 Xo~ α曲线 → Xo →p* 再 由 Xv ~α曲线 → Xv →p，v
α
ϕ
α
9
当α= 0时，p1=p3 ， 因此，测得 p1=p3 ，可确定气流方向在“1”、“3”平分线上 当 α≠ 0时， p1 ≠ p3 ， 在ϕ 一定时 p1-p3=f (v,α,ϕ) 可建立方向管方向特性：
1 2 2 2 p1 − p3 = ρv [4 sin (ϕ + α ) − 4 sin (ϕ − α )] = f (v, α , ϕ ) 2
18
一.工作原理与热线方程 利用置于气流中通电的热线探头的（强制对流换热） 热损失与流速间的关系来测量流速。 热线探头：支架、热线和热膜。常用热线探头如图示。 热线：直径：d=3~5µm；长度：l<300d。 热线材料：铂丝或钨丝 结构：一元、二元、三元探头
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基本工作原理 热线探头置于气流中，气流速度v垂直于热线，且在热 线与支杆所成的平面内；热线通以电流I，则产生的热量 Q1=I2R R为热线电阻值 热线探头以对流方式与气流换热，热线散失的热量为 Q2=α F(tw-tf) 热平衡时， Q1 =Q2 → I2R=α F(tw-tf) R=f1(tw)（探头一定时，材料、尺寸一定） V α=f2(v) （流体一定时，物性参数、流动状态参数一 定）。若tf 一定（tf 变化，可修正或补偿，使之保持稳 定），则： v = f(I,tw) 工作原理:tf 一定时，流速 只是电流 和热线温度 w的函数 一定时，流速v只是电流 和热线温度t 只是电流I和热线温度 20
7
ρ— 气流密度，是气体静温、静压（气流未受扰动前）的函数。
ξ— 须标定。对标准L型动压管，保持在1.02~1.04，可不标定。
笛形动压管
主要用于测量大尺寸流道内的平均动压，以得到平 均流速。 垂直安装在流道内，按等环面积开孔，迎着气流方向， 得平均总压。 在流道壁面上开 静压孔。 保证刚度前提下， 直径d要尽量小，常取 d／D=0.04~0.09。 总压孔尽量小， 但不能堵塞。
5
§2-3-1 测压管与测速技术 一、 气流速率测量 动压管 气流速度测量的基础是伯努利方程。对不可压流体：
1 p* = p + ρv 2 2v来自=2( p * − p)
ρ
气流总压、静压可分别用总压管、静压管测量。 动压管： 动压管：测量气流速率的测压管是动压管。 L型动压管（毕托管）最常用。将L型静压管和动压 管同心地套在一起构成，可同时测量（p*-p）。
复习 § 2-2 压力测量
重力与被测压力平衡的测压方法（液柱法） 重力与被测压力平衡的测压方法（液柱法） 弹性力与被测压力平衡的测压方法（压力表等） 弹性力与被测压力平衡的测压方法（压力表等） 利用物质与压力有关的物理性质测压（压阻、压电等） 利用物质与压力有关的物理性质测压（压阻、压电等）
§2-2-2 气流压力测量
6
由于工艺上的原因，测得的总、静压之差不是流场 同一点的 （ p*-p ） ，不能准确地反映出气流速率，应修 正。引入校准系数
p*− p ξ= p*'− p '
v= 2
p*/和p/为动压管总压和静压的读数，则
ρ
( p*'− p ' )ξ
对可压缩性流体，应为
v=
2( p*'− p ' ) ξ ρ (1 + ε )
2) 总压特性
p∗ − p2 X0 = = f 2 (α ) 2 p2 − p1 − p3
求取Xo ~α关系： 总压管测 p* , 对一定的α，测得一组 p1，p2，p3,计算Xo , 获得Xo ~α关系曲线。 使用Xo ~α曲线： 测得的 p1、p2、p3 ， 由 Xα~α，求得α，再 由 Xo~α曲线 → Xo， 最后计算p* 。
E2=A+BvRn+CvR
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实际金氏定理公式
E = A + Bv + CvR
2 n R
式中: A= E0；E0是流体速度为零时热线电桥的桥顶电压； B、C、n由标定试验确定的常数，n = 0.5~0.9； 冷速度（当量速度）vR：若速度为 v的气流对热线 冷速度 冷却作用与在支杆平面内且垂直于热线的气流速度vR的 冷却作用相同，则vR 叫做 v的“冷速度”。 vR与速度v的三个分量vx、vy、vz的关系：
v = K v +v +K v
2 R 2 2 1 x 2 y
2 2 2 z
z vy
vz vx x
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K1、K2是通过校准得到 的常数，一般K1 ≈ 0.15， K2 ≈ 1.02