三、流體速度和流量測量技術

流體速度和流量測量技術廣泛應用于冶金、電力、石油、化工、輕工、紡織、交通、建筑、食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護以及日常生活中。隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人們對流體速度和流量測量的要求越來越高，同時需要測量流體的種類越來越多，所以流速和流量的測量方法和儀表的種類也越來越多。

(一)流體速度測量

1.概述

流體速度是一個矢量，它具有大小和方向，所以測量流體速度時應當測量其大小和方向。測量流體速度通帶有三種方法。一種是利用各種測壓管，其原理是在測速點上用測壓管(又稱速度探針)直接測量該點處的總壓和靜壓之差，然后利用伯努利方程求得流體的速度。其中5孔和7孔速度探針還能獲得速度的三維大小和方向。

另一種測量流體速度的方法是利用熱線風速儀。熱線風速儀可以測量流體的平均速度、脈動速度和流動方向。由于熱線風速儀的探頭(熱線或熱膜)幾何尺寸很小，對流動的干擾也小，可以安置在速度探針難以安放的地方(如流體的邊界層內(nèi))，加之熱線風速儀熱惰性小，也特別適合脈動流體(如旋轉(zhuǎn)葉柵后的流體尾跡)的測量。

第三種測量流體速度的方法是激光測速。前述兩種測量流體速度的方法都是所謂接觸式的，即測速探頭必須置于流體之中，這樣就不可避免地會對流場產(chǎn)生干擾，從而影響測量精度。激光測速則是一種非接觸的測速方法，又由于激光單色性好、相干性好、方向性強、能流密度高，故其測量結(jié)果精確、可靠。

2.利用測壓管測量流體速度原理

假設一流體低速水平流動，密度為常數(shù)，不可壓縮，繞過一物體，見圖2-34，根據(jù)理想流體繞物體流動的位流理論，由一維水平穩(wěn)定流動的微積分方程式，可以寫出：

設流體未受擾動區(qū)域的速度和靜壓u和p，受擾動區(qū)的速度和靜壓為ui和pi，通過對式(2-24)積分，可以得到伯努利方程式：

未受擾動的流體到達￡點時，部分流體質(zhì)點完全滯止，即速度等于零。在任何被流體繞過的物體上，都會存在這樣的點。因此，t點就稱為臨界點或駐點，駐點上的壓力就是全壓，而這點上的全壓就等于靜壓

pt=p (2-27)

如果在駐點處迎著流體方向放置一個小管，管口所感受的壓力就是全壓。

在未擾動區(qū)和擾動區(qū)之間，當擾動很小時，可以認為ui≈u≠0，由式(2-27)得

pi=p (2-28)

即受擾動區(qū)的壓力等于未擾動區(qū)的壓力。根據(jù)靜壓的概念，它是垂直作用于流體流動方向單位面積上的作用力。由此可知，只要在擾動較小的條件下，與未擾動區(qū)有一定距離的合適位置上，垂直作用于流體流動方向的物體上開孔，或者放置一個小管管口與流體流動方向垂直，則它們所感受的壓力就是靜壓。這就是測量全壓和靜壓的原理。有了全壓和靜壓，動壓的問題就顯得非常容易了。

測量靜壓必須滿足壓力系數(shù)為零的條件。所謂壓力系數(shù)通常用C.來表示，即

3.一維測壓管

由前述測壓管測量原理可知，只要采用全壓管和靜壓管，就可以進行流體壓力和速度的測量。

一般對測壓管的要求是：①在慣性不大的情況下，感壓部分的尺寸要盡量小;②對來流方向的敏感性越遲鈍越好;③要有足夠的強度;④感受孔與測壓管輯軸之間要保證最小的距離。全壓管最關鍵的參數(shù)是對流動偏角不敏感，因為在實際應用中，并不能十分準確地使測量孔對準來流方向。而由于它的不敏感性，即使來流方向與全壓孔軸線有一定的偏角，也可以正確地測量全壓值。圖2-35是L形全壓管結(jié)構(gòu)形式。