[发明专利]基于亥姆霍兹不稳定性的流体瞬时流速测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于亥姆霍兹不稳定性的流体瞬时流速测量装置，其特征在于：包括变速部件、亥姆霍兹振荡器、麦克风(7)和噪声频谱分析仪(8)，变速部件和亥姆霍兹振荡器通过螺纹连接，麦克风(7)设置在亥姆霍兹振荡器上的通孔(15)内并与振荡腔(14)相通，麦克风(7)还与噪声频谱分析仪(8)相连；所述变速部件由法兰(1)和变速管(2)组成；所述亥姆霍兹振荡器由腔体(3)、体积调节盘(4)、端盖(5)和螺杆(6)组成。

2.如权利要求1所述的流体瞬时流速测量装置，其特征在于：所述变速管(2)与法兰(1)焊接，且变速管(2)中心沿轴线从A端到B端依次设有锥形渐缩流道(9)、圆柱形空腔(10)和锥形扩散流道(11)，变速管(2)的圆柱面上还设有一与圆柱形空腔(10)相连通的螺纹孔(13)，用于和亥姆霍兹振荡器相连。

3.如权利要求1所述的流体瞬时流速测量装置，其特征在于：所述亥姆霍兹腔体(3)为中空的圆柱体，上端开口，下端设置有端盖(5)，且在腔体(3)的壁面上有一通孔(15)，用于放置麦克风(7)；所述体积调节盘(4)与螺杆(6)刚性连接，螺杆(6)穿过端盖(5)的中心，并与端盖(5)螺纹连接，用于调节亥姆霍兹振荡腔(14)的体积。

4.利用权利要求1-3任一项所述的装置的测量方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)首先将装置通过法兰接入需要测量流速的管道中，启动噪声频谱分析仪，再将噪声频谱分析仪获得的频率信号传入计算机；

(2)当流体从变速管的A端以速度V₀经锥形渐缩流道流过圆柱形空腔时，速度增加到V₁，之后流体经过锥形扩散流道后在变速管的B端，流体速度恢复到初始的速度V₀；当流体经过圆柱形空腔时，导致亥姆霍兹振荡腔内气压波动，产生频率为f的噪声，且流速V₁与频率f具有以下关系：

f=S tan L(LS/2d1)4πd1·V1---(1)]]>

其中S=πfd1UcUc=V1tan(d1)πd1f2]]>

式中，f为噪声频率，S为模数，L为振荡腔腔长，d₁为振荡腔直径，V₁为圆柱形空腔内流体速度，U_c为流体边界层内漩涡的对流速度；

(3)获得噪声的频率信号后在计算机中通过上式(1)计算，得出流体在圆柱形空腔处的流速V₁，再将V₁代入下述流体的连续性方程(2)，即可得到流体的初始速度V₀

πD24·V0=πd24·V1---(2)]]>

式中，D为待测流体所在管道直径，d为锥形渐缩流道的小端直径，V₀为待测流体流速。

5.如权利要求4所述的测量方法，其特征在于：将亥姆霍兹振荡器从变速管上拆下，并将亥姆霍兹振荡器上端开口靠近射流束；麦克风将腔内的噪声传递至噪声频谱分析仪中，并进一步将频率信号传入计算机根据式(1)计算空气中射流束的速度。