现代流动测试技术大作业

现代流动测试技术大作业姓名：学号：班级：电话：时间：2016第一次作业1）孔板流量计测量的基本原理是什么？对于液体、气体和蒸汽流动，如何布置测点？基本原理：充满管道的流体流经管道的节流装置时，在节流件附近造成局部收缩，流速增加，在上下游两侧产生静压差。在已知有关参数的条件下，根据流动连续性原理和伯努利方程可以推导出差压与流量之间的关系而求得流量。公式如下：22422441vCqdpdp其中：C－流出系数无量纲d－工作条件下节流件的节流孔或喉部直径D－工作条件下上游管道内径qv－体积流量m3/sβ－直径比d/D无量纲ρ—流体的密度Kg/m3测量液体时，测点应布置在中下部，应为液体未必充满全管，因此不可以布置的太靠上。测量气体时，测点应布置在管道的中上部，以防止气体中密度较大的颗粒或者杂质对测量产生干扰。测量水蒸气时，测点应该布置在中下部。2）简述红外测温仪的使用方法、应用领域、优缺点和技术发展趋势。使用方法：红外测温仪只能测量表面温度，无法测量内部温度；安装地点尽量避免有强磁场的地方；现场环境温度高时，一定要加保护套，并保证水源的供应；现场灰尘、水汽较大时，应有洁净的气源进行吹扫，保证镜头的洁净；红外探头前不应有障碍物，注意环境条件：蒸汽、尘土、烟雾等，它阻挡仪器的光学系统而影响精确测温；信号传输线一定要用屏蔽电缆。应用领域：首先，在危险性大、无法接触的环境和场合下，红外测温仪可以作为首选，比如：1）食品领域：烧面管理及贮存温度2）电气领域：检查有故障的变压器，电气面板和接头3）汽车工业领域：诊断气缸和加热/冷却系统4）HVAC领域：监视空气分层，供/回记录，炉体性能。5）其他领域：许多工程，基地和改造应用等领域均有使用。优点：可测运动、旋转的物体；直接测量物料的温度；可透过测量窗口进行测量；远距离测量；维护量小。缺点：对测量周围的环境要求较高，避免强磁场，探头前不应有障碍物，信号传输线要用屏蔽电缆，当环境很恶劣时红外探头应进行保护。发展趋势：红外热像仪，可对有热变化表面进行扫描测温，确定其温度分布图像，迅速检测出隐藏的温差。便携化，小型化也是其发展趋势。3）简述LDV和热线的测速原理及使用方法。LDV（激光多普勒测速仪）测速原理：测量通过激光束的示踪粒子的多普勒信号，再根据与多普勒频率的关系得到粒子速度，粒子的速度也就是流体流动的速度。使用方法:注意选择合适的两束激光束的夹角。当夹角增大时，对散射光功率分布来说，会使信噪比降；光学系统必须细致调整。热线测速原理：将一根细的金属丝放在流体中，通过电流加热金属丝，使其温度高于流体的温度，故将金属丝称为“热线”。当流体沿着垂直方向流过金属丝时，将带走金属丝的部分热量，是其温度下降。热线在气流中的散热量与流速有关，散热量导致热线温度变化而引起电阻变化，流速信号即转变为电信号。使用方法:热线有两种工作模式：1恒流式。通过热线的电流保持不变，温度变化时，热线电阻改变，因而两端电压变化，由此测量流速。2恒温式。热线的温度保持不变，如保持150℃，根据所需施加的电流可度量流速。恒温式比恒流式应用更广泛。由于热线测量本身属于间接测量，影响测量准确性的因素很多，单靠物理规律和测量原理是不够的，所以在使用中必须校准。4）简述动态压力传感器的标定方法和管腔效应，以及如何消除传压管和管腔效应对动态压力测量造成的影响。动态压力传感器的标定方法如下：1）标定步骤：将已知的标准值输入到待标定的传感器中，传感器得到相应的输出量。将输出量与输入的标准量绘制成曲线，即标定曲线。2）标定方法：荷重、应力、压力传感器等的静标定方法是利用压力试验机进行标定，它们更精确的标定则是在压力试验机上用专门的荷载标定器标定。位移传感器的标定则是采用标准量块或位移标定器。3）标定要求：标定应该在与其使用条件相似的状态下进行；增加重复标定的次数，以提高测试精度；传感器需定期标定，一般以一年为期；对重要的试验，要求试验前后的标定误差，在允许的范围内。消除传压管和管腔效应对动态压力测量造成的影响的方法:可采用半无限管技术消除管腔效应的影响。使压力波经过一段相当长的距离后在管腔中无反射地传播，由于介质阻尼作用而最终消失，管腔内不会形成驻波，即不会形成压力共振现象，改善了管腔的频率特性。5）设计一套方案测量高亚音速或跨音速高温风洞的基本参数，包括压力、温度、流量、速度和湍流度等参数。风洞工作雷诺数为105量级，最高温度为400℃。测量方法应包括仪表布置和仪表型号、精度。压力测量：选用YTF-150H耐高温压力计，量程：0.1-160MPa，精度1%。流量选用：普通流量计使用温度较低，不能满足测量要求，因此选用超声波流量计如：TUF-2000H型手持式超声波流量计，精度大于±1%，管径15mm～6000mm。温度测量：风洞中的最高温度为400℃，则可以选用镍铬-镍硅热电偶测量风洞中的温度，如：TC-117K型高精度镍铬-镍硅K型热电偶，测温范围-200℃-1372℃，精度：±(0.05%测量值+0.3℃)。流量测量：由于流体最高温度为400℃，所以必须选用耐高温流量计，针对本次测量可以选用毕托巴BTB-M系列高温高压高流速或者超高温超高压的蒸汽流量计。采用完整的金属腔结构，确保强度和刚性，以至于在高速气流的冲刷下不会发生机构损坏。使传感器在测量过程中取压更加稳定、精确。配套使用温度、压力传感器对被测介质进行温、压补偿，以确保测量精度。它采用耐高温、耐冲腐的1Cr18Ni9Ti材料制造，最高测量温度可达650℃；测量压力可达32Mpa。测量范围广：气体流速大于1m/s，液体流速大于0.1m/s均可精确测量。速度、湍流度测量：为了测量湍流度，需要知道脉动速度，则可以选用热线风速仪或者多普勒测速仪，但是一般的热线风速仪不能满足温度和流速要求，因此选用激光多普勒测速仪。如激光多普勒测速仪：产品编号：1718-000105005356，产品名称：激光多普勒测速仪，产品型号：LDV，产品铭牌：美国TSI，测速范围：－150m/s-1000m/s，精度：0.1%，适用于气、液或多相流的三维测量，采样频率：400MHZ－800MHZ，测量量包括：平均速度、均方根、剪应力系数、湍流度以及各个统计参数关联分布，提供各参数的自相关、互相关、功率谱分析，最终数据文件可供Tecplot、Matlab调用，可以升级到相位多普勒测速仪，同时测量粒径和速度矢量，该型测速仪可以直接测得平均速度和湍流度，完全满足要求。仪器布置：对于温度，压力测量，需要在风洞侧壁上打孔，将热电偶和压力计伸入流场进行测量，测点位置视测试要求而定。可以在风洞一周布置多个热电偶和温度计，将测得的平均值作为测量结果。流量测量采用超声波流量计，在风洞进口管道处进行测量。在需要测量速度和湍流度的位置布置可视化窗口，用激光多普勒测速仪测量流速的平均值以及湍流度。第二次作业随机过程实测动态信号的分析方法训练以汽轮机调节阀内不稳定流动模化试验工况条件下的气流动态压力及其诱发阀杆振动与噪声实测结果为例，进行随机信号分析方法的训练。并结合流体力学相关知识和信号处理与分析方法，判断实测信号的平稳性、周期性，重点进行随机信号的功率谱估计，通过实测信号的时域统计分析和频谱分析，综合判断流动过程的特征，并依据调节阀阀座关键测点的压力平均值和脉动值分布的规律，解释该流动特征，同时说明动态脉动压力信号波形、阀杆振动波形和噪声波形间的相关性或耦合从属关系。解题过程一、动压1.实测信号的平稳性、周期性分析、绘制信号的频谱图，并进行功率谱估计分析：各信号的数字特征：动压41：最大值=2.3209；最小值=2.3025；均值=2.3122；均方值=5.3462；方差=6.0528e-06动压42：最大值=2.3279；最小值=2.3126；均值=2.3205；均方值=5.3848；方差=4.9065e-06动压51：最大值=1.0299；最小值=1.0103；均值=1.0208；均方值=1.0420；方差=5.0006e-06动压52：最大值=1.0330；最小值=1.0167；均值=1.0249；均方值=1.0504；方差=3.7459e-06动压61：最大值=2.5105；最小值=2.4790；均值=2.4988；均方值=6.2438；方差=1.3104e-05动压62：最大值=2.5142；最小值=2.4941；均值=2.5034；均方值=6.2672；方差=1.0947e-05周期性判断：当自相关函数在τ很大时并不衰减，则随机信号具有周期性。相反，不包含周期成分的随机信号，当τ稍大时自相关函数就将趋近于零。从以上六幅图可以看出，动压脉动信号有较好的自相关性，自相关性特别明显，所以可认为动压脉动信号为周期信号。平稳性判断：从六个信号的时域波形图中可以看出，信号均在平均值附近波动，信号波形的峰值峰谷变化比较均匀，所以认为动压脉动信号为平稳周期性信号。功率谱估计：从各个动压的功率谱估计图中易看出动压能量较大的频率均是低频，且峰值在100Hz之内。2.提取相关频段，寻找峰值对原始信号进行相关频段的提取，并过滤掉其他频段的信号。滤波后的功率谱估计结果如下图。分析：从滤波后的功率谱估计中可以看出，动压脉动信号的能量主要集中在频率为0~50Hz的范围内。至此，动压信号的功率谱分析完毕。二、噪声1.实测信号的平稳性、周期性分析、绘制信号的频谱图，并进行功率谱估计分析：各信号的数字特征：噪声11：最大值=0.1069；最小值=3.4343e-06；均值=0.0013；均方值=1.8799e-05；方差=1.6988e-05噪声12：最大值=0.0727；最小值=2.3621e-07；均值=7.5126e-04；均方值=7.2594e-06；方差=6.6951e-06噪声21：最大值=0.0790；最小值=7.2308e-07；均值=8.6404e-04；均方值=7.4816e-06；方差=6.7350e-06噪声22：最大值=0.0775；最小值=2.4394e-07；均值=5.3733e-04；均方值=4.1106e-06；方差=3.8219e-06周期性判断：当自相关函数在τ很大时并不衰减，则随机信号具有周期性。相反，不包含周期成分的随机信号，当τ稍大时自相关函数就将趋近于零。从以上四幅图可以看出，噪声脉动信号有自相关性差，所以可认为噪声脉动信号为非周期信号。平稳性判断：从四个信号的时域波形图中可以看出，信号波动较大，信号波形的峰值峰谷变化剧烈，所以认为噪声脉动信号为非平稳信号。功率谱估计：从各个噪声的功率谱估计图中易看出动压能量较大的频率均是低频，且峰值在500Hz之内。2.提取相关频段，寻找峰值对原始信号进行相关频段的提取，并过滤掉其他频段的信号。滤波后的功率谱估计结果如下图。分析：从滤波后的功率谱估计中可以看出，噪声脉动信号的能量主要集中在频率为0~300Hz的范围内。至此，噪声信号的功率谱分析完毕。三、振动1.实测信号的平稳性、周期性分析、绘制信号的频谱图，并进行功率谱估计分析：各信号的数字特征：垂直来流：最大值=25.5917；最小值=-25.1583；均值=-0.0421；均方值=26.7921；方差=26.790330度来流：最大值=29.2333；最小值=-33.5833；均值=-0.0461；均方值=51.3849；方差=51.382850度来流：最大值=29.1250；最小值=-32.0583；均值=-0.0514；均方值=50.4873；方差=50.4847轴向来流：最大值=19.4417；最小值=-17.9917；均值=-0.0282；均方值=17.4636；方差=17.4628周期性判断：当自相关函数在τ很大时并不衰减，则随机信号具有周期性。相反，不包含周期成分的随机信号，当τ稍大时自相关函数就将趋近于零。从以上六幅图可以看出，振动脉动信号有较好的自相关性，自相关性特别明显，所以可认为振动脉动信号为周期信号。平稳性判断：从四个信号的时域波形图中可以看出，信号均在平均值附近波动，信