气流的测量详解PPT学习教案.pptx

会计学 1气流(qli)的测量详解第一页，共84页。2本章(bn zhn)要求n n 掌握(zhngw)气流测量的主要仪器的基本原理、结构、特点。第1页/共84页第二页，共84页。3主要(zhyo)内容n n 概述n n 风向的测量n n 旋转式风速计n n 散热式风速计n n 声学风速计n n 风速检定设备(shbi)n n 激光风速仪第2页/共84页第三页，共84页。4概述(i sh)n n 空气的运动(yndng)产生气流。n n 流速是一个三维空间矢量。n n 一般考虑为（xy平面）二维矢量：n n 风速模值n n 风向方向n n 一些特殊情况下，垂直运动(yndng)也相当显著n n 如山的背风坡、强的对流云第3页/共84页第四页，共84页。5n n 气流场=大尺度的规则气流+随时间和空间随机涨落的（中）小尺度湍流n n 气流测量包括：瞬时量、平均量 两部分n n“平均值”：指在一定(ydng)时段内的平均n n“瞬时值”：在一个相当短的时段内的平均第4页/共84页第五页，共84页。6n n 瞬时量、平均量都可以 瞬时量、平均量都可以(ky(ky)认为是 认为是“光滑值 光滑值”，光滑时段的长短，取，光滑时段的长短，取决于仪器和实际需要 决于仪器和实际需要n n 风速的单位：风速的单位：m/s m/sn n 天气报告中 天气报告中n n 风速：风速：2min 2min的平均风速 的平均风速n n 风向：风向：10 10为一个单位，用电码 为一个单位，用电码01 01，02 02，36 36表示，以正北为基准，表示，以正北为基准，顺时针方向旋转。顺时针方向旋转。第5页/共84页第六页，共84页。7n n 风向是指风的来向。n n 风向的英文缩写符号纪录如图5.1n n 北：North 东：Eastn n 南：South 西：Westn n 当风速低于 0.25 m/s 时称为静风。n n 风级也是一种表达风力(fngl)的常用单位第6页/共84页第七页，共84页。8第7页/共84页第八页，共84页。9n n 1805年英国人F蒲福根据风对地面（或海面）物体的影响，提出风力等级表，几经修改后得出(d ch)蒲福风力等级表。n n 目测风时，根据风力等级表中各级风的特征，即可估计出相应的风速。n n 地面风指离地平面10-12米高的风。第8页/共84页第九页，共84页。10蒲福风力 蒲福风力(fngl)(fngl)等级表 等级表风力名称相当于开阔平坦地面 10 米高处风速 浪高陆上物理征象米/秒 公里/时 海里/时（米）0 静风0 0.2 1 1 静，烟直上。1 软风0.3 1.5 1 5 1 3 0.1烟能表示风向，但风向标尚不能指示风向。2 轻风1.6 3.3 6 11 4 6 0.2人面感觉有风，树叶有微响，风向标能随风转动。3 微风3.4 5.4 12 19 7 10 0.6树叶与微枝摇动不息，旌旗展开。4 和风5.5 7.9 20 28 11 16 1.0灰尘和碎纸扬起，小树枝摇动。5 劲风8.0 10.7 29 38 17 21 2.0有叶的小树枝摇动，内陆水面有小波浪。6 强风10.8 13.8 39 49 22 27 3.0大树枝摇动，电线呼呼有声，打伞困难。7 疾风13.9 17.1 50 61 28 33 4.0全树摇动，逆风步行感到困难。8 大风17.2 20.7 62 74 34 40 5.5树枝折断，逆风行进阻力甚大。9 烈风20.8 24.4 75 88 41 47 7.0发生轻微的建筑破坏。10 狂风24.5 28.4 89 102 48 55 9.0内陆少见，有些树木拔起，建筑物破坏较重。11 暴风28.5 32.6 103 117 56 63 11.5极少遇到，伴随着广泛的破坏。12 飓风 32.7 118 64 14.0 第9页/共84页第十页，共84页。115.1 风向(fngxing)的测量n n 风向标是一种应用最广 风向标是一种应用最广泛的测量风向仪器的主 泛的测量风向仪器的主要部件，由水平指向杆、要部件，由水平指向杆、尾翼 尾翼(wi y)(wi y)和旋转轴组 和旋转轴组成。成。n n 在风的作用下，尾翼 在风的作用下，尾翼(wi y)(wi y)产生旋转力矩使 产生旋转力矩使风向标转动，并不断调 风向标转动，并不断调整指向杆指示风向。整指向杆指示风向。第10页/共84页第十一页，共84页。125.1.1 风向标n n 外形分四部分：外形分四部分：n n 风尾 风尾n n 指向杆 指向杆n n 平衡 平衡(pnghng)(pnghng)重 重锤 锤n n 旋转主轴 旋转主轴第11页/共84页第十二页，共84页。13第12页/共84页第十三页，共84页。14第13页/共84页第十四页，共84页。15第14页/共84页第十五页，共84页。16Worlds largest weather vane in Jerez,Spain第15页/共84页第十六页，共84页。175.1.2 风向标的设计(shj)要求 在小风时能反应风向的变动，即有良好的启动性能(xngnng)；具有良好的动态特性，即能迅速准确地跟踪外界的风向变化。第16页/共84页第十七页，共84页。185.1.3 传递和指示(zhsh)风向n n 风向标感应的风向必须传递到地面的指示(zhsh)仪表上，以触点式最为简单，风向标带动触点，接通代表风向的灯泡或记录笔电磁铁，作出风向的指示(zhsh)或记录，但它的分辨只能做到一个方位22.5。n n 精确的方法有自整角机和光电码盘。n n 实际风向角二进制码格雷码第17页/共84页第十八页，共84页。19n n 用光电转换方法把风向角度(jiod)转换成二进制的角度(jiod)编码n n 使用格雷码，其最大的优点是每一个角度(jiod)状态的变化只有一位二进数发生0/1的变化。第18页/共84页第十九页，共84页。205.1.4 风向标动态(dngti)参数的选择n n 优良风向标：准确的反应(fnyng)不断变化的风向n n 统一风向标的特性指标，使各地气象站上的风向资料具有可比性。第19页/共84页第二十页，共84页。215.1.4 风向标动态参数(cnsh)的选择n n 世界气象组织作了指导性的规定：n n 在风速2.58m/s时，风向标在1s内使风向偏差衰减(shui jin)到初始值的 1/e，n n（e=2.71828)n n 0.3 1.0(阻尼比)n n 风速范围为 0.5 60 m/sn n 线性度和分辨率为 2 5第20页/共84页第二十一页，共84页。225.2 旋转式风速计n n 感应部分是一个(y)固定在转轴上的感应风的组件。n n 常见的有三种型式：n n 半球形的空心杯壳组n n 螺旋桨叶片组n n 平板叶片组第21页/共84页第二十二页，共84页。235.2.1 风杯风速计的感应(gnyng)原理n n 风杯由三个（或四个）半 风杯由三个（或四个）半球形或抛物形空杯，都顺 球形或抛物形空杯，都顺一面均匀分布在一水平支 一面均匀分布在一水平支架上，支架与转轴相连。架上，支架与转轴相连。n n 在风力作用下，风杯绕转 在风力作用下，风杯绕转轴旋转，其转速正比于风 轴旋转，其转速正比于风速。速。n n 转速可以用电触点、测速 转速可以用电触点、测速发电机、齿轮 发电机、齿轮(ch(ch ln)ln)或 或光电计数器等记录。光电计数器等记录。第22页/共84页第二十三页，共84页。245.2.1 风杯风速计的感应(gnyng)原理（续）n n 在稳定的风力作用下，风杯受到扭力矩作用而开始旋转，它的转速(zhun s)与风速成一定的关系。n n 推导风杯的转速(zhun s)和风速的关系，用Ramachandran的结果。第23页/共84页第二十四页，共84页。255.2.1 5.2.1 风杯风速计的感应风杯风速计的感应(g(gnyng)nyng)原理（续）原理（续）n n 两点推论：n n 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(jn m c l)矩）的影响。n n 静摩擦力(jn m c l)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。第24页/共84页第二十五页，共84页。265.2.1 风杯风速计的感应(gnyng)原理（续）n n 图5.9 一个典型(dinxng)的风杯风速计的检定曲线。n n 在接近零风速时，曲线明显弯曲。n n n=0时，曲线与纵坐标轴相交于umin处，称为umin启动风速。n n 在风速较大时，n与u能保持较好的线性关系。第25页/共84页第二十六页，共84页。275.2.2 风杯风速计的惯性(gunxng)n n 风杯达到匀速转动的时间要比风速的变化来得慢（滞后性）。n n 这种现象在风速由大变小时较为严重，如当风速较大，很快地变为0时，因为惯性作用，风杯将继续转动，不可能(knng)很快停下来。这样，风速计所记录的风速要比实际风速为大。第26页/共84页第二十七页，共84页。285.2.2 风杯风速计的惯性(gunxng)（续）n n 风杯风速计的时间常数(chngsh)Tu，（5.33）式n n Tu=Lu/u1 n n u1 为风速n n Lu 为尺度常数(chngsh)。是一个只与风杯本身物理性能有关的参数，同一类的风杯风速计这一数值是固定的。第27页/共84页第二十八页，共84页。295.2.2 风杯风速计的惯性(gunxng)（续）n n 风速在 风速在020m/s 020m/s时，利用风杯测定风速比较准确。时，利用风杯测定风速比较准确。n n 同时这种滞后性消除了许多风速脉动现象，因而，用风杯作感应器的风 同时这种滞后性消除了许多风速脉动现象，因而，用风杯作感应器的风速表，测定平均风速比较好，而测瞬时风速则准确度较差。速表，测定平均风速比较好，而测瞬时风速则准确度较差。n n 试验 试验(shyn)(shyn)证明：三杯比四杯好，圆锥形比半球形好。证明：三杯比四杯好，圆锥形比半球形好。第28页/共84页第二十九页，共84页。305.2.2 风杯风速计的惯性(gunxng)（续）n n 过高效应：风杯风速计指示的平均风速将高于实际(shj)平均风速。n n 过高效应还会受到其它两种影响：n n 垂直风速的影响n n 风向脉动的影响第29页/共84页第三十页，共84页。315.2.3 风车(fngch)风速计和旋桨式风速计n n 桨叶式风速表是由若干片桨叶 桨叶式风速表是由若干片桨叶按一定角度等间隔地装置在一 按一定角度等间隔地装置在一铅直面内，能逆风绕水平轴转 铅直面内，能逆风绕水平轴转动，其转速正比于风速。动，其转速正比于风速。n n 桨叶有平板叶片的风车式和螺 桨叶有平板叶片的风车式和螺旋桨式两种。旋桨式两种。n n 最常见的是由三叶式四叶螺旋 最常见的是由三叶式四叶螺旋桨，装在形似飞机机身的流线 桨，装在形似飞机机身的流线形风向标前部 形风向标前部(qin b)(qin b)，风，风向标使叶片旋转平面始络对准 向标使叶片旋转平面始络对准风的来向。风的来向。第30页/共84页第三十一页，共84页。325.2.3 5.2.3 风车 风车(fngch)(fngch)风速计和旋桨式风速计（续）风速计和旋桨式风速计（续）n n 三轴风速计：利用(lyng)三个风车风速计测量风速 x，y 和 z 分量的仪器。第31页/共84页第三十二页，共84页。33风速(fn s)信号的转换方法电机(dinj)式风杯带动测速发电机(dinj)，输出与转速（风速）成正比的电压讯号电接式风杯经变速机构输出代表一定风程的脉冲信号，计量规定间隔时间内脉冲信号的个数，得到该时段的平均风速等于该时段风程数/间隔时间第32页/共84页第三十三页，共84页。34EN 型自动测风仪：定时打印输出瞬时、平均风向风速(fn s)，并能挑选极值，进行统计。第33页/共84页第三十四页，共84页。35EY1 型电传风向风速仪：观测(gunc)瞬时的风向风速，由感应部分和指示部分组成。第34页/共84页第三十五页，共84页。365.3 散热式风速计n n 基本原理：一个被加热物 基本原理：一个被加热物体的散热速率与周围空气 体的散热速率与周围空气的流速 的流速(li s)(li s)有关。有关。n n 热线风速仪（热线风速仪（Hot wire Hot wire Anemometer Anemometer）是被电流加）是被电流加热的细金属丝或微型球体 热的细金属丝或微型球体电阻，放置在气流中，其 电阻，放置在气流中，其散热率与风速的平方根成 散热率与风速的平方根成线性关系。线性关系。Typical Hot-Wire Anemometer第35页/共84页第三十六页，共84页。37热线(rxin)风速仪原理电阻(dinz)发热对流(duli)热交换I 输入电流,Rw 热线电阻,T w 和 Tf 分别为热线和气流温度,Aw 热线表面积,h 热线的热交换系数.第36页/共84页第三十七页，共84页。38电阻(dinz)随温度的变化热交换系数(xsh)随温度的变化a，b，c 由仪器(yq)定标得到，通常 c0.5第37页/共84页第三十八页，共84页。39合并(hbng)以上三式，消去 h，可得进一步解得第38页/共84页第三十九页，共84页。40恒温式恒流式第39页/共84页第四十页，共84页。41热线(rxin)测量的主要误差n n 气温变化造成(zo chn)的误差n n 测风热线方向与气流方向不垂直造成(zo chn)的误差（要求夹角10度）n n 空气密度的改变造成(zo chn)的误差第40页/共84页第四十一页，共84页。42n n 通常在使加热电流不 通常在使加热电流不变时，测出被加热物 变时，测出被加热物体的温度，就能推算 体的温度，就能推算出风速。出风速。n n 热线长度一般 热线长度一般(ybn)(ybn)在 在0.5 0.5 2 2毫米 毫米范围，直径在 范围，直径在1 1 10 10微米范围，材料为铂、微米范围，材料为铂、钨或铂铑合金等。钨或铂铑合金等。第41页/共84页第四十二页，共84页。43n n 优点：感应速度快，时间常数只有百分之几秒，在小风速 优点：感应速度快，时间常数只有百分之几秒，在小风速(fn(fn s)s)时灵敏度较高，探头体积小，对流场干扰小，响应快，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。能测量非定常流速；宜应用于室内和野外的大气湍流实验。n n 缺点：金属丝过细，易断；对工作环境要求较高，灰尘不易过 缺点：金属丝过细，易断；对工作环境要求较高，灰尘不易过多。多。第42页/共84页第四十三页，共84页。44Hot wire anemometer probe第43页/共84页第四十四页，共84页。45The head of a combined air velocity and air temperature sensor,type CAFS-220.第44页/共84页第四十五页，共84页。465.4 声学(shngxu)风速计n n 利用声波在大气(dq)中的传播速度与空气的温度和风速关系，测定风速。n n 静止空气中的声速 n n 气温在20 时，干空气的声速等于343.5m/s。第45页/共84页第四十六页，共84页。47由左图，当逆风发射(fsh)时，T1 发射(fsh)，R1 接收：假设(jish)气流速度为v 的三个分量为vx、vy、vz，声波从坐标原点到达某一位相面（x,y,z)所需的时间为t 时，则有：设y 和z 等于零，等位(dn wi)相面到达点(d1,0,0)和点(d2,0,0)的时间为t1 和t2.第46页/共84页第四十七页，共84页。48当顺风发射(fsh)时，T2 发射(fsh)，R2 接收：（5.4.1）（5.4.2）第47页/共84页第四十八页，共84页。49由（5.4.1)和(5.4.2)式可见，当风速为零时，声波到达(dod)两个方向相反，距离相等的接收器所需时间相等。即 而有风时，v 0,vd 0,t1 t2.于是就利用这一原理，测量相对方向上声波脉冲的传播时间之差，以测得风速，即：（5.4.3）第48页/共84页第四十九页，共84页。50同理,y 方向的风速(fn s)分量vy 的计算式为:（5.4.4）第49页/共84页第五十页，共84页。51同理,z 方向的风速分量(fn ling)vz 的计算式为:（5.4.5）第50页/共84页第五十一页，共84页。52n n 由 由(5.4.3)(5.4.3)可得结论 可得结论:声波沿声程方向顺风 声波沿声程方向顺风传播和逆风传播的时 传播和逆风传播的时间差与沿声程方向的 间差与沿声程方向的风速成正比 风速成正比.由此可知 由此可知,声学风速仪的测速技 声学风速仪的测速技术就归之于测量声波 术就归之于测量声波传播的时间差 传播的时间差.n n 用适当的电子线路和 用适当的电子线路和装置实现 装置实现(shxin)(shxin)此 此项时间差的测量 项时间差的测量,便可 便可测得所需风速及其分 测得所需风速及其分量 量.第51页/共84页第五十二页，共84页。53第52页/共84页第五十三页，共84页。545.4 声学(shngxu)风速计（续）n n 现行的超声风速计的发射头和接收头是共用的，这样可以简化整个探头架的结构，减小对流场的干扰(gnro)。n n 沿 y 轴 和 z 轴各装两对发射和接收装置，测定 V 在 y 和 z方向的分量。第53页/共84页第五十四页，共84页。555.4 声学(shngxu)风速计（续）n n 阴影效应：由于绕流的作用，迎风面的探头，在其背后会产生一定的尾流区域，这种现象将导致声波传播路径偏长，而使计算(j sun)风速值偏低，这种效应称之为“阴影效应”。n n 阴影效应的大小取决于探头的外形以及风矢量与超声探头轴线之间的夹角。n n 当夹角为90度时，阴影效应为零。第54页/共84页第五十五页，共84页。565.4 声学(shngxu)风速计（续）n n Kaimal设计的 STA-211/3K 型超声风速计（图5.23），被视为超声风速计的标准型号(xngho)。其阴影效应的订正公式为（5.52）式。第55页/共84页第五十六页，共84页。575.4 声学(shngxu)风速计（续）n n 花房龙男等人对日本海上电机生产的TR-61 超声风速计探头的实验结果还表明：阴影效应影响的程度还与风速大小有关，风速在5m/s以下阴影效应明显。n n 阴影效应还有可能(knng)受到探头主支架的干扰，过于粗大、复杂的支架极不可取。第56页/共84页第五十七页，共84页。58补充(bchng)：声风速仪/温度计（德国）n n 声波风速仪 声波风速仪/温度计是一基于微机，能以可靠的精度进行一到三维风 温度计是一基于微机，能以可靠的精度进行一到三维风速测量的风传感器。速测量的风传感器。n n 仪器设计成通过沿着在固定而又互相 仪器设计成通过沿着在固定而又互相(h xing)(h xing)垂直方向发射与接受声 垂直方向发射与接受声波讯号来测量风速的分量，微机随后处理这些信息进行三维声速计算。波讯号来测量风速的分量，微机随后处理这些信息进行三维声速计算。n n 因无移动部件介入气流的动力平衡，声波风速仪 因无移动部件介入气流的动力平衡，声波风速仪/温度计能快速响应 温度计能快速响应风速的起伏，它线性响应声速，而且不受其它速度分量及压力、温度 风速的起伏，它线性响应声速，而且不受其它速度分量及压力、温度和相对湿度的干扰。传感器的标定由设计参量确立，因此可用作绝对 和相对湿度的干扰。传感器的标定由设计参量确立，因此可用作绝对测量仪器。测量仪器。第57页/共84页第五十八页，共84页。59补充(bchng)：声风速仪/温度计（续）n n 探头阵列的设计最大限度减小了由支架导致的气流扭变，达到(d do)了垂直分量的无障碍广范围覆盖。n n 阵列可任意指向，但理想情况垂直轴应装在两水平轴的上风处。n n 压电晶体制的换能器完全密封，适用于苛刻的室外使用条件。第58页/共84页第五十九页，共84页。60补充补充(b(bchng)chng)：声风速仪：声风速仪/温度计（续）温度计（续）n n 电子器件全部装在探头杆架中。n n 这样仪器就可安装在塔顶运行，经得起十分恶劣(li)的环境条件考验。n n 换能器的运行，声波函数及所有数据的计算和传输，均由微机控制。第59页/共84页第六十页，共84页。61补充(bchng)：声风速仪/温度计（续）n n 声波风速仪/温度计的数据是数字型的。n n 输出是RS232兼容的UART非同步格式。n n 数据是ASCII十进制，可直接连接计算机，传输到任何的数据记录装置，或者也可是终端(zhn dun)直读的格式。n n 温度信息是测风的声波温度，由所测垂向声波的计算而得。第60页/共84页第六十一页，共84页。62补充补充(b(bchng)chng)：声风速仪：声风速仪/温度计（续）温度计（续）现有的探头款型现有的探头款型:“K”style“A”style“Sx”style K 型传感器设计主要用于大气边界层研究(ynji)也适合多种风速风向的研究(ynji)工作Sx 型传感器适合环境监测应用测量(cling)水平风速A 型传感器非正交的设计，用于多种用途第61页/共84页第六十二页，共84页。63 Vx 型传感器用于植物与森林(snln)冠层的通量研究（风速很低，风向变化很快）V 型传感器，专门(zhunmn)用于紊流研究（涡相关研究）“Vx”style“V”style第62页/共84页第六十三页，共84页。64补充(bchng)：声风速仪/温度计（续）特点：n n 单分量风速 单分量风速n n 快速响应温度 快速响应温度(wnd)(wnd)n n 极端精确 极端精确n n 微机控制 微机控制n n 固态数字运算 固态数字运算n n 无活动部件 无活动部件(bjin)(bjin)n n 无人监管运行 无人监管运行n n 易安装 易安装n n 抗糙建构 抗糙建构n n 低功耗 低功耗n n 直流电源 直流电源第63页/共84页第六十四页，共84页。65补充补充(b(bchng)chng)：声风速仪：声风速仪/温度计（续）温度计（续）功能功能:n n 可由串行口遥控 可由串行口遥控n n 内标定保持精度 内标定保持精度n n 用户程选数据采样率，平均范围：用户程选数据采样率，平均范围：1 1分钟至 分钟至200Hz 200Hzn n 选择数据平均或中位过滤 选择数据平均或中位过滤n n 数种输出格式可选 数种输出格式可选n n 数种波特率可选 数种波特率可选n n 同步声波运算至外部 同步声波运算至外部(wib)(wib)触 触发 发n n 可输出触发脉冲给其它仪器 可输出触发脉冲给其它仪器n n 选择 选择“声速 声速”和 和/或 或“温 温”度输 度输出 出n n 输入 输入RH RH值以获更精确的温度输出 值以获更精确的温度输出n n 用户调整温度计算 用户调整温度计算n n 改变风速 改变风速 风向的水平速度矢量而保 风向的水平速度矢量而保持垂直分量及温度 持垂直分量及温度n n 选择数据质量计算方法去除尖峰 选择数据质量计算方法去除尖峰n n 用户调整数据质量的计算 用户调整数据质量的计算n n 可在输出格式中提供数据质量状态 可在输出格式中提供数据质量状态n n 气流 气流(qli)(qli)扭变校准可 扭变校准可“开 开”或 或“关 关”n n 用户调整气流 用户调整气流(qli)(qli)扭变校准的计 扭变校准的计算 算第64页/共84页第六十五页，共84页。66一、概述：激光风速仪（Laser Doppler Anemometer LDA;LaserDoppler Velocimeter LDV)是建立在激光技术和多普勒频移原理基础上，通过频率测量来测定风速的（F V）。激光通过大气层时，大气层中的气溶胶粒子对入射光有散射效应，而运行的气溶胶粒子将使散射光的频率产生(chnshng)多普勒频移效应。在接收器内比较发射的参考光和散射光的频差，就可确定运载气溶胶粒子（Aerosol particle)的气流速度。5.5 激光(jgung)风速仪第65页/共84页第六十六页，共84页。67n n 激光风速仪（激光风速仪（LDA LDA）优点：）优点：n n 1 1、可远距离遥测，响、可远距离遥测，响应速度快；应速度快；n n 2 2、完全不干扰自然流、完全不干扰自然流场。场。n n 激光风速仪的机构：激光风速仪的机构：n n 1 1、激光器；、激光器；2 2、入射光、入射光学单元；学单元；3 3、收集光学单元；、收集光学单元；4 4、多普勒信号处、多普勒信号处n n 理单元、理单元、5 5、数据处理系、数据处理系统。统。n n 激光测速仪存在的问题：激光测速仪存在的问题：n n 激光风速仪测得的风速并不 激光风速仪测得的风速并不是真正的大气流动速度，而 是真正的大气流动速度，而是 是n n 悬浮于气流中的散射粒子的 悬浮于气流中的散射粒子的运动速度。因为粒子与流体 运动速度。因为粒子与流体的密度 的密度n n 有显著差异 有显著差异(chy)(chy)，粒子，粒子不可能完全跟随流体运动，不可能完全跟随流体运动，其速度总会有差异 其速度总会有差异(chy)(chy)第66页/共84页第六十七页，共84页。685.6 风速检定(jindng)设备n n 旋转(xunzhun)臂n n 风洞n n 皮托管第67页/共84页第六十八页，共84页。695.5.1 旋臂机n n 主要部件是一根水平旋转臂，固定在一根垂直于水平面的旋转主轴(zhzhu)上，杆的前端的仪器支架可安装待检定的风速计，垂直轴可由马达带动旋转，使仪器在XY平面内作等速圆周运动（图5.26）n n 其前端的线速度就相当于仪器不动时气流的速度。第68页/共84页第六十九页，共84页。705.6.1 旋臂机（续）n n 优点：优点：n n 可以标定相当低的风速 可以标定相当低的风速n n 通过旋转臂转速很容易 通过旋转臂转速很容易(rngy)(rngy)确定风速 确定风速n n 旋转臂的转速可以靠控制电动机或变速箱来改变 旋转臂的转速可以靠控制电动机或变速箱来改变n n 缺点：缺点：n n 当旋转臂转速加大后，会带动室内空气，失去相对静止状态，造 当旋转臂转速加大后，会带动室内空气，失去相对静止状态，造成检定误差。成检定误差。第69页/共84页第七十页，共84页。715.6.2 风洞(fn dn)n n 风洞是一种进行流体 风洞是一种进行流体力学、航空模型试验 力学、航空模型试验以及环境问题实验的 以及环境问题实验的大型设备。大型设备。n n 在这种管道系统里，在这种管道系统里，动力风扇 动力风扇(fngshn)(fngshn)造成空气流动，并在 造成空气流动，并在它的实验空间造成一 它的实验空间造成一个稳定、均匀的流场。个稳定、均匀的流场。n n 流速可以调整。专门 流速可以调整。专门进行风速计检定的风 进行风速计检定的风洞，风速范围在 洞，风速范围在0.560m/s 0.560m/s。第70页/共84页第七十一页，共84页。72HDF-500 型回路低速风洞 用于检定各种型号的高、中、低速风速度，也可用于交通、环保、科研等部门进行空气动力学方面的研究。该机采用最新的高密度集成电路的超低噪音变频调速，调速范围、测量(cling)精度等方面达到了国际先进水平。第71页/共84页第七十二页，共84页。735.6.3 风速检定(jindng)的测量标准 皮托管n n 原理：通过测量压力来测量流速n n 皮托管是风洞中的测风标准(biozhn)。n n 构造如图第72页/共84页第七十三页，共84页。745.6.3 5.6.3 风速检定的测量标准 风速检定的测量标准(biozh(biozh n)n)皮托管（续）皮托管（续）n n 压差的测量仪器是微压计。n n 皮托管的缺点十分明显(mngxin)：n n 压差和风速的非线性关系n n 在低风速时灵敏度低，低于1m/s的风速难以检定。压力传感器第73页/共84页第七十四页，共84页。755.6.3 5.6.3 风速检定 风速检定(ji(ji ndng)ndng)的测量标准 的测量标准 皮托管（续）皮托管（续）n n 为了比较精确地测定皮托管的微压，研制了一种类似达因式风压计的微压计，称作沉钟式微压计。它的液体(yt)柱高度测量精度可以达到0.01mm。n n 结构如图5.35第74页/共84页第七十五页，共84页。76标准风洞(fn dn)风速检定装置第75页/共84页第七十六页，共84页。77风的测量目前存在(cnzi)的问题1.1.资料(zlio)代表性差2.2.测风仪器不统一。第76页/共84页第七十七页，共84页。78补充补充(b(bchng)chng)：DEM6DEM6型轻便三杯风向风速表型轻便三杯风向风速表n n DEM6 DEM6型轻便三杯风向风 型轻便三杯风向风速表用于测量风向和一 速表用于测量风向和一分钟时间内平均风速。分钟时间内平均风速。n n 该产品是机械式观测仪 该产品是机械式观测仪器，由风向、风速两部 器，由风向、风速两部分 分(b fen)(b fen)组成。组成。n n 仪表表盘、方向盘指示 仪表表盘、方向盘指示风速、风向示值。使用 风速、风向示值。使用方便，既可手持使用，方便，既可手持使用，也可安置固定使用。也可安置固定使用。n n 一般用于小气候观测或 一般用于小气候观测或特殊观测 特殊观测第77页/共84页第七十八页，共84页。79补充(bchng)：轻便风速表（续）n n 风速 风速 1m/s30m/s 1m/s30m/sn n 风向 风向 0360 0360（分（分16 16个方位）个方位）n n 旋杯的启动 旋杯的启动(q(q dng)dng)风速 风速 0.8m/s 0.8m/sn n 最大允许误差 最大允许误差 n n 风速误差：修正后 风速误差：修正后0.4m/s 0.4m/sn n 风向误差：风向误差：10 10（读取方位时不大于一个方位）（读取方位时不大于一个方位）n n 外形尺寸 外形尺寸 360mm70mm75mm 360mm70mm75mmn n 重量 重量 0.5kg 0.5kg第78页/共84页第七十九页，共84页。80补充(bchng)：轻便风速表（续）n n 使用：n n 仪器安置在四面开阔不阻碍风速的地方，高度可以根据观测目的来确定，要注意(zh y)保持表身垂直且读数方便。n n 风速表在观测前，应读出所有指针示度记入观测薄中。第79页/共84页第八十页，共84页。81补充(bchng)：轻便风速表（续）n n 到观测时间，拉启动开关，使风杯与数字盘接通，同时，应开动秒表，观测者需向仪器背风面后退数步，以免影响仪器附近(fjn)的空气自由流通。n n 到了预定时间时，关闭启动开关，记下第二次指针示度。n n 根据两次读数算出其差数，并记入观测薄内。第80页/共84页第八十一页，共84页。82补充(bchng)：轻便风速表（续）n n 其差值表示：开关(kigun)从打开到关闭时间间隔内，风速表指针所走过的刻度数（米），将此差数除以指针所走的持续时间（秒），则为每秒刻度，准确到一位小数。n n 计算出的刻度数经过所附检定表订正后，就得到所测的风速。第81页/共84页第八十二页，共84页。83DEM5-1 型磁感风向(fngxing)风速表：测定风向(fngxing)风速，携带方便 第82页/共84页第八十三页，共84页。84第五章 习题(xt)1.1.何谓风向？地面风向的最小间隔？何谓风向？地面风向的最小间隔？2.2.天气报中的风速是几分钟的平均值？天气报中的风速是几分钟的平均值？3.3.何谓静风？何谓静风？4.4.地面风指离地平面多高的风？地面风指离地平面多高的风？5.5.传递 传递(chund)(chund)和指示风向的方法？和指示风向的方法？6.6.简述散热式风速计的原理？简述散热式风速计的原理？7.7.简述声学风速计的原理？简述声学风速计的原理？第83页/共84页第八十四页，共84页。