第6章
1.皮托管测速为接触式测量，而LDV为非接触式测速方法。（√）
2.恒流式热线风速仪通过测定热线的电阻值就可以确定流体速度的变化。（√） 3.皮托管利用流体 总压 与 静压 之差来测量流速。
4.探头的头部尺寸决定了皮托管测速的空间分辨率，受工艺、刚度、强度和仪器惯性等因素的限制，目前最小的皮托管头部直径约为 0.1～0.2mm。
5.当激光照射到跟随流体一起运动的微粒上时， 散射光 与 入射光 之间的频率偏离量称作多普勒频移。
6.用皮托管－U型管装置测量空气流动，测得压差为19.7kPa，绝对静压为100kPa，空气温度15℃，皮托管的校正系数为1，试计算空气流速。
（1） 假设空气可压缩 （2） 假设空气不可压缩
p0k?12kk【提示：气流马赫数Ma可按下式估算?(1?Ma)?1，符号含义见教材】
p2解：（1）可压缩
??0=p+?p=119.7kpa ??0???1
=(1+????2),??=1.4 ??2∴Ma=0.513
查表得ε≈0.0620
ρ=1.226 ε=1
则?=
（2）不可压缩
2(??0?P)2×19.7×103
?=ε√=ε√=179.27 m/s
??1.226
8. 试述热线风速仪的两种基本工作方式，并对比分析其各自的特点。
答：（1）恒流式，在热线风速仪的工作过程中保持加热电流不变，热线的表面温度随流体流速而变化，电阻值也随之改变。因此，通过测定热线的电阻值就可以确定流体速度的变化。
2(??0?P)
ε√??(1+??
)2×19.7×103
ε√1.226(1+0.0620)?????1
==173.9m/s
（2）恒温式子热线风速仪工作过程中，通过套接热线两端的电压以保持热线的电阻不变，这样就可以根据电压值的变化，测出热线电流的变化，进而计算流速。
特点：恒流式因热线热惯性的影响，存在灵敏度随被测流体流动变化频率减小而降低，而且会产生相位滞后等缺点。因此，现在的热线风速仪大多采用频率特性较好的恒温式。另外，在实际应用中，由于测速公式的含糊关系不易确定，通常都采用实验标定曲线的方法，或把标定数据通过回归分析整理成经验公式。应用时，如果被测流体的温度偏离热线标定时的流体温度，则需要进行温度修正，为此可以采用自动温度补偿电路。 9. 从信号处理、实际应用等角度对比分析LDV三种基本光路系统的特点。
答：基本光路系统大致有三种，即参考光束系统、单光束系统和双光束系统。在参考光束系统中，光束经微粒散射后强度将大大削弱，系统需采用1：9的比例将光源发射的光束分割成参考光与信号光，以得到高信噪比和高效率的多普勒信号。单光束系统要求两散射光接收孔的孔径适当，孔径过大会使光电检测器接收到的频率信号加宽，过小将使检测器接收到的散射光信号太弱，都会降低测量精度。另外，这种系统对光能的利用率很低，且需要遮蔽周围环境的光线，目前已经较少应用。双光束系统的速度分量vn和差拍信号fD之间的关系与 其他两种在表达形式上完全相同，但其多普勒频移与光电检测器的接收方向无关，因此得以最广泛应用。
10.简述激光多普勒测速技术（LDV）的主要优点。 答：1）对流场无干扰。
2）输出特性的直线性相当好，不必进行标定。
3）除流体折射率外，测量精度不受其它物理参数的影响。 4）空间分辨率高，无惯性因而频响特性好。
5）测速范围广，可以从10-3mm/s级的低速到超音速。 6）测量方向特性稳定。
7）可以测量逆流现象中循环流的湍流速度成分。
11.论述PIV技术的特点，并根据测量原理，比较PIV与LDV对示踪粒子的要求。 答：PIV技术的特点是能够在不破坏流场状态的情况下测量整体流场的瞬时速度信息。PIV的基本原理是通过测量流场中示踪粒子在某一时间微元?t内的位移来计算流体速度，其中作为粒子位移信息载体的是t和t +?t时刻的粒子图像；LDV则是利用多普勒效应，即
当激光照射到跟随流体一起运动的微粒上时，微粒散射的散射光频率将偏离入射光频率，其中散射光与入射光之间的频率偏离量与流体的流速成正比。因而，对于LDV，微粒的直径最好为干涉条纹宽度的1/2或条纹间距的1/4左右，这样可以获得最佳质量的多普勒信号，同时其需具备良好的跟随性、较高的散射效率以及良好的物理化学性质；PIV系统对示踪粒子的种类、粒径、播散量有具体的要求，要求示踪粒子具有高的散射效率，具有良好的物理化学性质，同时需要示踪粒子能够很好地跟随流体的运动速度和方向，使用时应该严格遵照以获得较好的测量结果。
第7章
1.根据测量方法的基本特点，一般可将目前所使用的流量计归纳为容积型流量计、速度型流量计、质量型流量计这三大类型，其中涡轮流量计属于速度型流量计。 2.电磁流量计（简称EMF）是基于（法拉第）电磁感应定律进行工作的。
3．流量有哪几种表示方式？常用流量测量方法和流量计有哪些？各有什么特点？选用时应考虑哪一些主要因素？
答：流量分为瞬时流量和累计流量，累计流量又有体积流量和质量流量之分。
常用流量测量方法有容积型流量测量、速度型流量测量和质量型流量测量。
容积型的有：椭圆齿轮式流量计、腰轮（罗茨）流量计、刮板式流量计、伺候式容积流量计、皮膜式流量计和转筒流量计。容积式流量计工作原理简单，测量结果受流体流动状态的影响较小，精确度高，适合于测量高粘度、低雷诺数的流体，但不适宜用于高温高压和肮脏介质的流量测量。
速度型流量计的有：差压式（又称节流式）流量计、转子式流量计、涡轮流量计、电磁流量计、旋涡流量计、超声波流量计。速度流量计有着良好的使用性能，可用于高温高压流体测量，其精度较高；但是，由于它们以平均流速为测量依据，因此，测量结果受流动条件（如雷诺数、涡流，以及截面上流速分布等）的影响较大，这对精确测量带来困难。
质量型流量计分为直接型、推导型和温度压力测量补偿型。直接型有量热式质量流量计、角动量式质量流量计、振动陀螺式质量流量计、马格努斯效应式质量流量计、科里奥利力式质量流量计。
考虑的因素有：流体性质、用途、工况等。
4.简述节流式流量计的组成及工作原理。
答：节流式流量计由节流装置、差压信号管道（导压管）和差压计三部分组成。流体通过节流元件所产生的差压信号经导压管传入差压计，差压计根据具体的测量要求把差压信号以不同的形式传递给显示仪表，从而实现对被测流体差压或流量的显示、记录和自动控制。
5．根据节流式流量计的工作原理和误差分析理论，说明为什么对同一节流式流量计测量流量的上下限比值有一定的范围要求？
解：根据反应流量与节流压降关系的流量方程：
qV＝???4d22?p?2?p ＝???2D2?4?式子中，流量系数?与节流装置的流动状态（雷诺数ReD）有关。流量改变则流速发生变
化，雷诺数ReD也会随之改变，当雷诺数变化较大时，流量测量就不准确。 6.通常从哪几个方面对涡轮流量计进行修正？
答：流体粘度的影响、流体密度的影响、流体压力和温度的影响、流动状态的影响。
7．当被测流体的工作参数偏离节流式流量计的设计条件时，应该对测量值进行哪些修正？试设计一种对密度具有温度压力补偿的流量测量系统。
答：可以进行以下修正：1.节流元件开孔尺寸d因温度变化的修正；2.被测流体密度变化修正；3.通过综合修正系数进行修正。温压补偿流量测量系统设计：可以在一般节流式流量计上添加补偿电桥和压力变送器进行温压补偿，使工况流体（气体）状态值接近标况值。
8．简述影响涡轮流量计特性的主要因素和使用涡轮流量计时应该注意的主要问题。 答：影响涡轮流量计特性的主要因素有：
（1）流体粘度的影响：涡轮流量计的仪表常数K与流体的粘度密切相关，随着流体（尤其指液体）粘度的增大，流量计的线性测量范围缩小。
（2）流体密度的影响：涡轮流量计是一种速度型流量计，它根据流体速度的大小测量流体的体积流量。当被测流体的密度值受状态参数（温度、压力）的影响而发生明显变化时，应在测量回路中加入密度（或温度、压力）补偿器，以补偿相应的测量误差。
（3）流体压力和温度的影响：当被测流体的压力和温度与流量计标定时的状态有较大偏离时，将使涡轮变送器的结构尺寸及其内部的流体体积发生变化，从而影响到流量计的特性。
（4）流动状态的影响：涡轮流量计的仪表特性直接受流体流动状态的影响，其中对涡轮变送器进口处的流速分布尤为敏感。进口处流速的突变和流体的旋转可使测量误差达到不能忽略的程度，而这些流动状态的形成主要取决于该处的管道结构。
使用涡轮流量计时应该注意的主要问题有：
（1）安装涡轮流量计前，管道要清扫。被测介质不洁净时，要加过滤器。否则涡轮、
《热能与动力工程测试技术(第3版)》俞小莉(习题解答)-课后习题及答案
