基于二维激光多普勒测速仪测量低压流场速度

2024-05-30尹鑫昊周艳朱宁陈炜骄彭曦真

品牌与标准化 2024年2期

尹鑫昊周艳朱宁陈炜骄彭曦真

【摘要】低压流场中的速度分布对于流动特性的理解和优化设计具有重要意义。基于激光多普勒测速仪的测速技术是一种非侵入性、高精度的流场速度测量技术，其能够实时测量流场中各个位置的速度分布。本研究将基于激光多普勒测速仪测速技术对低压流场中的速度进行测量，并探究速度分布规律，为相关领域的研究提供重要的参考依据。

【关键词】激光多普勒测速仪；低压；流场；速度测量

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.02.056

【基金项目】本文受自然科学基金-科市联合项目“基于LDV测速技术的现场风量测量方法及应用研究”（2022JJ90052），自然科学基金-科市联合项目“便携式高精度风量计量标准装置的研究”（2023JJ60534）资助。

Measurement of Low-pressure Flow Velocity Based on Two-dimensional Laser Doppler Velocimeter

YIN Xinhao， ZHOU Yan， ZHU Ning， CHEN Weijiao， PENG Xizhen

（Hunan Institut of Metrology and Test， Changsha 410014， China）

Abstract： Understanding the velocity distribution in low-pressure flow fields is of significant importance for the understanding and optimization design of flow characteristics. Laser Doppler velocimetry is a non-intrusive， high-precision method for measuring flow velocities， capable of real-time measurement of velocity distributions at various locations in the flow field. This research will measure the velocity in the low-pressure flow field based on the laser Doppler velocimetry technology and explore the rules of velocity distribution， providing important reference for research in related fields.

Keywords： two-dimensional LDV； low pressure； flow distribution； velocity measurement

0引言

近年來，低压流体力学研究在能源、航空航天、化工等领域得到了广泛应用。低压流场中的速度分布对于流动特性的理解和优化设计具有重要意义。因此，准确测量低压流场中的速度分布成为研究的关键问题。基于激光多普勒测速仪（Laser Doppler Velocimetry，LDV）的测速技术（以下简称“LDV技术”）是一种非侵入性、高精度的流场速度测量技术，能够实时测量流场中各个位置的速度分布。LDV技术通过激光散射原理，利用多普勒效应测量流场中散射粒子的速度，从而获得流场速度信息。相比其他测量方法，LDV技术具有高精度、高灵敏度和无干扰等优点。目前对于低压流场速度测量的研究还相对较少。因此，本研究将基于LDV技术对低压流场中的速度进行测量，并探究其速度分布规律。这项研究可以使我们更加深入地了解低压流场的流动特性，为相关领域的研究提供重要的参考依据。

1二维LDV技术简介

1.1二维LDV原理

二维LDV利用激光束照射到流场中的微粒，这些微粒会散射光线，被接收到的光线频率会发生变化，然后根据多普勒效应，通过测量光频的变化来计算流体的速度。二维LDV在测量过程中需要两个激光束，形成一个交叉的测量平面，通过测量两个平面上的速度分量，可以得到流场中的二维速度分布。具体可以分为以下几个关键步骤：首先，激光束发射器发出一束高频调制的激光束，通过光学元件使激光束聚焦在被测流场上的一个点上。然后，激光束经过被测流体散射，散射光经过光学系统聚焦到光电二极管上（如图1所示）。最后，通过频移分析可以得到散射光的频移量，从而计算出流体速度。通过二维LDV技术可以实现对二维平面内流体速度的测量。在实际应用中，通过在不同位置的测量平面上进行多次测量，获得流场中的二维速度分布，从而对流体运动进行详细分析和研究。二维LDV广泛应用于流体力学、湍流研究、气动性能测试等领域。总体来说，二维LDV利用多普勒效应和频移分析来测量流体速度，通过交叉的测量平面获得二维速度分布，为流体力学研究提供了有力的工具。