Тема 3. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ презентация

СОДЕРЖАНИЕ ТЕМЫ 3.1. Теория ротоанемометров 3.2. Индукционные ротоанемометры 3.3. Импульсные (контактные) ротоанемометры 3.4. Акустические анемометры 3.5. Лазерный доплеровский измеритель скорости ветра 3.6. Измерение направления ветра. Измерители направления ветра с сельсинной передачей

Слайд 1Тема 3. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ








Слайд 2СОДЕРЖАНИЕ ТЕМЫ
3.1. Теория ротоанемометров
3.2. Индукционные ротоанемометры
3.3. Импульсные (контактные) ротоанемометры
3.4. Акустические анемометры
3.5.

Лазерный доплеровский измеритель скорости ветра
3.6. Измерение направления ветра. Измерители направления ветра с сельсинной передачей








Слайд 3 3.1. Теория ротоанемометров.






Ротоанемометры – приборы для измерения скорости ветра,

имеющие вращающийся винт или чашечную вертушку.

Винт или вертушка преобразуют скорость ветра в угловую скорость вращения.

Докажем, что угловая скорость вращения вертушки однозначно связана со скоростью ветра.

Рис. 3.1.1. Чашечная вертушка


Слайд 4 3.1. Теория ротоанемометров.






Рассмотрим силы, действующие на чашки.
1)
F1
V
3)
V
F3
Поскольку ветер обтекает

3-ю чашку, то:

Рис. 3.1.2. Обдувание чашек ветром.


Слайд 5 3.1. Теория ротоанемометров.






Силы, действующие на 2-ю и 4-ю чашку,

подобны силам, действующим на крыло самолета. Они невелики по сравнению с F1 и F3.

F4

F2

Рис. 3.1.3. Обдувание ветром второй и четвертой чашки.


Слайд 6 3.1. Теория ротоанемометров.






В результате вертушка начинает вращаться.
Если ветер

меняет направление,

то вертушка все равно вращается

в ту же сторону!

Чашечная вертушка не чувствительна к направлению ветра.

Рис. 3.1.4. Вращение вертушки.


Слайд 7 3.1. Теория ротоанемометров.






F1
F3
При вращении вертушки 1-я чашка движется по

потоку, сила F1 уменьшается. Третья чашка движется против потока, сила F3 возрастает.

Когда наступает равенство моментов сил, угловая скорость вертушки становится постоянной. Докажем, что эта скорость связана со скоростью ветра.


Слайд 8 3.1. Теория ротоанемометров.







Уравнение движение вращающейся вертушки:
(3.1.1)


Слайд 9 3.1. Теория ротоанемометров.






Предположим:
1. Сумма сил, действующих на вертушку, не

зависит от положения вертушки.

2. Силы F2 и F4 пренебрежимо малы.

3. Сила трения пренебрежимо мала по сравнению с F1 и F3.


Тогда:


Или:

Где Рi – аэродинамическое давление на чашку.


Слайд 10 3.1. Теория ротоанемометров.







Известно, что:
С – коэффициент аэродинамического сопротивления чашки,
ρ

– плотность воздуха,

S – площадь проекции чашки на плоскость, перпендикулярную потоку ветра,

V’ – скорость ветра относительно чашки.


(3.1.2)

U – линейная скорость движения чашки.


Слайд 11 3.1. Теория ротоанемометров.








Тогда, обозначив

, имеем:


(3.1.3)


Слайд 12 3.1. Теория ротоанемометров.








Это квадратное уравнение имеет два корня:


Учтем соотношение

между угловой (Ω) и линейной (U) скоростью вертушки:

Тогда:


(3.1.4)


Слайд 13 3.1. Теория ротоанемометров.






Построим график Ω(V):
Рис. 3.1.5. Зависимость угловой скорости

вращения вертушки от скорости ветра V* - пороговая скорость.

V*

Наличие трения приводит к нелинейной зависимости при малой V. При скорости V

Скорость V*, при которой вертушка начинает вращаться, называется пороговой скоростью анемометра.


Слайд 14 3.1. Теория ротоанемометров.






Способы уменьшения пороговой скорости.
1. Уменьшать силу трения

на оси вертушки.

2. Пользоваться легкими небольшими вертушками.

3. Анемометры с винтом имеют меньшую пороговую скорость.


Слайд 15 3.1. Теория ротоанемометров.






Рис. 3.1.6. Анемометр с винтом.
Самые легкие вертушки

(например, у анемометра АСО-3) имеют пороговую скорость 0,1 – 0,2 м/c.

Слайд 16 3.1. Теория ротоанемометров.







Определим чувствительность вертушки:
(3.1.5)
Для увеличения чувствительности вертушки ее

радиус следует делать малым.

Слайд 17 3.1. Теория ротоанемометров.






Теперь рассмотрим случай неустановившейся угловой скорости.
Пусть угловая

скорость вращения вертушки была равна ω0.

Скорость ветра изменилась скачком. Новая угловая скорость вертушки – Ω. Но она устанавливается не сразу.



Из аэродинамики:

(3.1.6)


Слайд 18 3.1. Теория ротоанемометров.








Или:


Разделим переменные:

И проинтегрируем:


Слайд 19 3.1. Теория ротоанемометров.








Откуда:
(3.1.7)
Преобразуем:



Слайд 20 3.1. Теория ротоанемометров.






Скорость изменения ω зависит от L.
При L

= Vτ :


Путь синхронизации – это путь, проходимый воздушным потоком, за время, в течение которого разность между угловой скоростью вращения вертушки (ω) и установившейся угловой скоростью (Ω) уменьшится в е раз.

Назовем: L – путь синхронизации.



Слайд 21 3.1. Теория ротоанемометров.







Учтем:
Тогда:
Но:
n – количество чашек,
m – масса одной

чашки.

Тогда:

(3.1.8)

Значит, легкая (c малой m), маленькая (с малым R) вертушка обладает малым путем синхронизации.


Слайд 22 3.1. Теория ротоанемометров.






Можно ввести время синхронизации τ* - время,

в течение которого разность угловых скоростей уменьшается в е раз.

Но:

Чем больше скорость ветра, тем быстрее ее воспринимает вертушка!

(?!)


Слайд 23 3.1. Теория ротоанемометров.






Рис. 3.1.7. Изменение угловой скорости вращения

вертушки при малой (1) и при большой (2) скорости ветра.

1

2



Ω1

Покажем это на графике.


Слайд 24 3.1. Теория ротоанемометров.






Рассмотрим реакцию вертушки на прямоугольные флуктуации скорости

ветра.

Показания анемометра

Рис. 3.1.8. Показания анемометра при порывистом ветре.

Ротоанемометр завышает среднюю скорость ветра.


Слайд 25 3.1. Теория ротоанемометров.






Существующие ротоанемометры имеют путь синхронизации от нескольких

метров до десятков метров. Его величина указывается в паспорте прибора и является мерой инерции анемометра.

Ошибка в определении средней скорости тем больше, тем больше путь синхронизации анемометра.


Обратная связь

Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое ThePresentation.ru?

Это сайт презентаций, докладов, проектов, шаблонов в формате PowerPoint. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами с другими пользователями.


Для правообладателей

Яндекс.Метрика