流速量測

對水質點運動速度的數值大小及方向的測定。流速量測是水流實驗中重要的量測內容之一 。

特性

在恆定流中,一般進行時均流速的量測; 而在非恆定流中,則要量測流速隨時間的變化過程。對變化緩慢的非恆定流(例如潮流)可用間隔一定時間量測一短時段內時均流速的辦法來反映流速變化過程;對於脈動流速(不論在恆定流或是非恆定流中)的量測,都要測得流速隨時間變化的動態過程,並分析出流速脈動的頻率和強度等 。

量測方法

嚴格說來,為了描述流體的流動要進行三維流速量測。但不少試驗可忽略某一方向 的流速,簡化為二維的流速量測。在某些管道流、明渠流中甚至可簡化為一維流速量測 。

方法一

流速量測方法之一是在空間某一點測量流體經過此點的速度,大多數流速儀均採用此種方法。這類流速儀種類繁多,有直接利用水流動能的,如畢託管、畢托柱、旋槳式流速儀、應變式流速儀等;有利用電磁感應原理的電磁測速儀;有利用熱傳導原理的熱絲流速儀、熱膜流速儀等;有利用其他與流速相關的物理效應的,如雷射流速儀、超音波測速儀等 。

脈動流速的量測要求流速儀有較好的動的動態特性。上述流速儀中的旋槳式流速儀,簡單的畢託管等,由於有一定的慣性,不適宜於脈動流速的量測 。

方法二

流速量測的另一種方法是量測單位時間內流體中某一質點流經空間的距離,或是流經固定距離所需的時間。在水面投放浮標等 示蹤物來量測流速就是屬於這種方法 。

其他

除按不同的量測要求選擇電介質、同位素等作為示蹤物外,氫氣泡、熱脈衝等技術也均有套用,往往用兩個相隔一定跑離的探頭,測得峰值經過該段距離的時間,以求得時均流速的方法,可用於高含沙量的水流,或很低流速的測量 。

若用斷續攝影的方法記錄示蹤物的運動軌跡,能測得流速、流向,並能直觀地得到水流的流態。常用的示蹤物有鋁粉、發光粉、氫氣泡等。隨著流體力學研究新課題的發展和電腦技術的套用,除了上述經典的流速量測方法外,近年來在實驗室運用數字圖像和分析技術(參見粒子成像速度場儀),在二相 流或多相流中使用的相關測流技術都是新的測量手段的突破 。

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