《能源监测与评价》——能源监测技术（六）

三、流体速度和流量测量技术

流体速度和流量测量技术广泛应用于冶金、电力、石油、化工、轻工、纺织、交通、建筑、食品、医药、农业、环境保护以及日常生活中。随着经济的飞速发展，人们对流体速度和流量测量的要求越来越高，同时需要测量流体的种类越来越多，所以流速和流量的测量方法和仪表的种类也越来越多。

(一)流体速度测量

1.概述

流体速度是一个矢量，它具有大小和方向，所以测量流体速度时应当测量其大小和方向。测量流体速度通带有三种方法。一种是利用各种测压管，其原理是在测速点上用测压管(又称速度探针)直接测量该点处的总压和静压之差，然后利用伯努利方程求得流体的速度。其中5孔和7孔速度探针还能获得速度的三维大小和方向。

另一种测量流体速度的方法是利用热线风速仪。热线风速仪可以测量流体的平均速度、脉动速度和流动方向。由于热线风速仪的探头(热线或热膜)几何尺寸很小，对流动的干扰也小，可以安置在速度探针难以安放的地方(如流体的边界层内)，加之热线风速仪热惰性小，也特别适合脉动流体(如旋转叶栅后的流体尾迹)的测量。

第三种测量流体速度的方法是激光测速。前述两种测量流体速度的方法都是所谓接触式的，即测速探头必须置于流体之中，这样就不可避免地会对流场产生干扰，从而影响测量精度。激光测速则是一种非接触的测速方法，又由于激光单色性好、相干性好、方向性强、能流密度高，故其测量结果精确、可靠。

2.利用测压管测量流体速度原理

假设一流体低速水平流动，密度为常数，不可压缩，绕过一物体，见图2-34，根据理想流体绕物体流动的位流理论，由一维水平稳定流动的微积分方程式，可以写出：

设流体未受扰动区域的速度和静压u和p，受扰动区的速度和静压为ui和pi，通过对式(2-24)积分，可以得到伯努利方程式：

未受扰动的流体到达￡点时，部分流体质点完全滞止，即速度等于零。在任何被流体绕过的物体上，都会存在这样的点。因此，t点就称为临界点或驻点，驻点上的压力就是全压，而这点上的全压就等于静压

pt=p (2-27)

如果在驻点处迎着流体方向放置一个小管，管口所感受的压力就是全压。

在未扰动区和扰动区之间，当扰动很小时，可以认为ui≈u≠0，由式(2-27)得

pi=p (2-28)

即受扰动区的压力等于未扰动区的压力。根据静压的概念，它是垂直作用于流体流动方向单位面积上的作用力。由此可知，只要在扰动较小的条件下，与未扰动区有一定距离的合适位置上，垂直作用于流体流动方向的物体上开孔，或者放置一个小管管口与流体流动方向垂直，则它们所感受的压力就是静压。这就是测量全压和静压的原理。有了全压和静压，动压的问题就显得非常容易了。

测量静压必须满足压力系数为零的条件。所谓压力系数通常用C.来表示，即

3.一维测压管

由前述测压管测量原理可知，只要采用全压管和静压管，就可以进行流体压力和速度的测量。

一般对测压管的要求是：①在惯性不大的情况下，感压部分的尺寸要尽量小;②对来流方向的敏感性越迟钝越好;③要有足够的强度;④感受孔与测压管辑轴之间要保证最小的距离。全压管最关键的参数是对流动偏角不敏感，因为在实际应用中，并不能十分准确地使测量孔对准来流方向。而由于它的不敏感性，即使来流方向与全压孔轴线有一定的偏角，也可以正确地测量全压值。图2-35是L形全压管结构形式。