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如何选择风速测量仪器?

华锐净化 2021-05-18 10:46 阅读

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如何选择风速测量仪器?
一. 风速测量方式的对比

乱流(英语:turbulence),也称为紊流(大陆地区的旧称),是流体的一种流动状态。当流速很小时,流体分层流动,互不混合,称为层流;逐渐增加流速,流体的流线开始出现波波状的摆动,摆动的频率及振幅随流速的增加而增加,此种流况称为过渡流;当流速增加到很大时,流线不再清楚可辨,流场中有许多小漩涡,称为乱流,又称为湍流、扰流或紊流。

这种变化可以用雷诺数来量化。雷诺数较小时,黏滞力对流场的影响大于惯性力,流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减,流体流动稳定,为层流;反之,若雷诺数较大时,惯性力对流场的影响大于黏滞力,流体流动较不稳定,流速的微小变化容易发展、增强,形成紊乱、不规则的乱流流场。

流态转变时的雷诺数值称为临界雷诺数。临界雷诺数与流场的参考尺寸有密切关系。一般管道流雷诺数Re<2100为层流状态,Re>4000为乱流状态,Re=2100~4000为过渡状态。

通常测量风速的方法有三种:
热式探头、
叶轮式探头、
皮托管。

测量风速的时候如何才能选择最适合大家使用的仪器呢?这三种测量方法各自都适合用于哪些场合呢?

在0至100m/s的流速测量范围,大家可以分为三个区段:

低速:0至5m/s;
中速:5至40m/s;
高速:40至100m/s。

风速仪的热式探头用于0至5m/s的精确测量;
风速仪的叶轮式探头测量5至40m/s的流速效果最理想;
而利用皮托管则可在高速范围内得到最佳结果。

1.热式探头(热球式,热敏式,热线式)拥有最精确的测量效果,风速范围一般在0-30m/s。

・该方式是测试处于通电状态下传感器因风而冷却时产生的电阻变化,由此测试风速。不能得出风向的信息。

・除携带容易方便外,成本性能比高,作为风速计的标准产品广泛地被采用。

2.叶轮式探头可以选择叶轮的直径,不同尺寸的叶轮都有不同的应用。如选用直径100mm的大叶轮就可以测得100mm直径的圆形区域的平均风速。此外叶轮探头还可附加罩子,达到精确测量小出风口风量的效果。 ・该方式是应用风车的原理,通过测试叶轮的转数,测试风速。・用于气象观测等。・原理比较简单,价格便宜,但测试精度较低,所以不适合微风速的测试和细小风速变化的测试。・普及度低。 适用范围:1~50m/s 显示分辨率:0.1m/s

3.皮托管(皮托管)探头一般都是应用在测量管道风速,适合于大风速,一般小于5m/s的风速都不推荐使用皮托管。

正确选择风速仪探头的一个附加标准是温度:通常风速仪的热敏式传感器的使用温度约达-20~70˚C。普通的叶轮式探头也在-20~70˚C左右,但叶轮式探头可特制,承受350˚C高温。皮托管对于温度的适用范围是最广泛的,即使是最普通的探头,也能承受600˚C的高温。

二. 不同风速仪的工作原理

1.风速仪的热式探头(热球式风速仪)

热式探头是基于冷冲击气流带走热元件上的热量,借助一个调节开关,保持温度恒定,则调节电流和流速成正比关系。当在湍流中使用热敏式探头时,来自各个方向的气流同时冲击热元件,从而会影响到测量结果的准确性。

在湍流中测量时,热敏式风速仪流速传感器的示值往往高于叶轮式探头。以上现象可以在管道测量过程中观察到。根据管理管道紊流的不同设计,甚至在低速时也会出现。因此,风速仪测量过程应在管道的直线部分进行。直线部分的起点应至少在测量点前10×D(D=管道直径,单位为CM)外;终点至少在测量点后4×D处。流体截面不得有任何遮挡。(棱角,重悬,物等)

2.风速仪的叶轮式探头  叶轮式风速仪

风速仪的叶轮式探头的工作原理是基于把转动转换成电信号,先经过一个临近感应开头,对叶轮的转动进行“计数”并产生一个脉冲系列,再经检测仪转换处理,即可得到转速值。风速仪的大口径探头(60mm,100mm)适合于测量中、小流速的紊流(如在管道出口)。风速仪的小口径探头更适于测量管道横截面大于探险头横截面积100倍以上的气流。

3.风速仪的皮托管探头 皮托管风速仪

在流动面的正面有与之形成直角方向的小孔,内部藏有从各自孔里分别提取压力的细管。通过测试其压力差(前者为全压、后者为静压),就可知道风速。

・原理比较简单,风速仪价格便宜,但与流动面必须设置成直角,否则不能进行正确的测试。不适合一般用。・不是作为风速计,而是作为高速域的风速校正来使用。

适用范围:5~100m/s 显示分辨率:0.01m/s 

利用皮托管可测量流体的动压特性,而根据下面这个公式,就可计算出流体的速度。1)式中 Pd——流体的动压,Pa;

  W——流体速度,m/s;

  r——流体重度,N/m3;

  g——重力加速度,m/s2。

这就是皮托管测量风速的原理。

三. 风速仪在空气流中的定位

风速仪的叶轮式探头的正确调整位置,是气流流向平行于叶轮轴。在气流中轻轻转动探头时,示值会随之发生变化。当读数达到最大值时,即表明探头处于正确测量位置。在管道中测量时,管道平直部分的起点到测量点的距离应大于是0XD,紊流对风速仪的热敏式探头和皮托管的影响相对较小。

在对风速仪的三种测量方法作了先容之后,相信您已经对如何选择风速仪有了一个初步的想法。

一般我认为在选择的时候,您需要列出以下几个问题:

1、测量的风速大约在多少?

2、流体的温度大约在多少?

3、是在什么场合下测量风速?(如管道,出风口等等)

相信您在回答了以上三个问题后,就能够基本确定您需要的是什么风速仪了。


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