第一章-流体流动讲-解.ppt

1 7流量测量 化工生产过程常需测量输送管道中流体的流速和流量 目前测量装置多种多样 且可达到自动显示 记录 调节和控制 本节介绍几种根据流体流动时各种机械能相互转换关系而设计的几种流速计和流量计 这类装置分为两类 截面流量计 是将流体的流量变化以节流口截面变化的形式表示出来 其压差 流速不变 即恒压差变截面 差压流量计 是将流体的动能变化以压差变化的形式表示出来 其节流口截面不变 即恒截面变压差 两类装置遵循的基本原理一致 1 7 1测速管 1 构造测速管又称皮托管 Pitottube 用来测定管中流体的点速度 它由两根同心套管组成 内管前端敞开 外管前端封死 但在其前端外壁壁面开有若干测压小孔 为防止边界层分离 减少涡流影响 测速管前端制成半球形 内外管末端分别与液柱压差计相连 测量时将测速管内管口正对管中流体流动方向 将其固定在管路中 如图所示 2 测量原理 内管 测得的是静压能p 和动能ur2 2之和 称为冲压能 即 故压差计读数值反映冲压能与静压能之差 即 外管 测压小孔与流体流动方向平行 所以测得仅是流体静压能p 说明 1 h的值由液柱压差计的读数R来确定 h与R的关系式随所用的液柱压差计的形式而异 可根据流体静力学方程式进行推导 对U管压差计 p A gR2 平均流速u的确定 将测速管置于管中心 此时ur umax层流时 ub umax 2湍流时 Remax dumax 据Remax查P121图1 42的ub umax 反算ub或ub 0 8 0 82 umax 3 评价及使用注意事项 优点 测速管装置简单 流动阻力小 结构简单 造价低廉 缺点 只能测清洁流体 一般用于测量大管径中清洁气体的流量 使用时注意 安装于稳定流段 测点上下游最好各有50d以上的直管距离 防止进出口干扰 测速管口截面与流动方向严格垂直 测速管直径d0与管径d之比d0 d 1 50 以免对管中流动产生干扰 影响结果 制造精度影响测量的准确度 故严格来说应校正 标准测速管 C 1 通常取C 0 98 1 00 也可不校正 例 采用测速管来测定内径为100mm管道中的30 常压空气的流量 当将测速管放在管中心时 U管压差计读数为20mmH2O 解 常压 30 空气性质 1 165kg m3 1 86 10 5Pa s 1 7 2孔板流量计 1 构造孔板流量计为中央开有圆台孔的金属薄板 孔口经精密加工并呈锐孔状 圆孔前后装有均压室 其测压孔与液柱压差计相连 使用时用法兰固定在管道上 由压差计上显示的指示液高度 可算出管中流体的流速 当流体通过孔口时 因流道截面积的突然缩小 将导致动能骤然增大而静压能降低 因此在孔板前后形成流体的压力差 由于流体的惯性作用 流过小孔时流动截面并不立即扩大到与管截面相等 而是继续收缩至一定距离后才逐渐扩大 如图中2 2 处称为缩脉 它至孔口距离随流动雷诺数及孔口与管道截面之比而变化 2 测量原理 设孔板上游尚未收缩处为1 1 截面 孔板处为0 0 截面 暂时不考虑能量损失 在两截面间列柏努利方程 考虑到能量损失 引进一校正常数C 采用角接取压法 将两测压口接在孔板流量计前后的位置上 引进一校正系数C2 则 说明 当孔板流量计连接压差计为U型管压差计时 pa pb gR 故 称为孔流系数 它与A0 1 Re以及测压方式有关 其值通过实验测定 ub1未知 Re未知 C0未知 VS无法计算 故采用试差法 试差法步骤 假设Re Rec根据A0 A1查图1 44得C0计算ub1及VS校核Re d1ub1 3 评价及使用注意事项 优点 构造简单 安装与更换方便 缺点 能量损失较大 A0 A1愈小 能量损失愈大 其能量损失可按 使用注意事项 孔板前直管段 10 50 d1孔板后直管段 5 10 d1 进行估算 若用于测量气体或蒸汽时 除考虑密度变化外 还应对以上得到的公式进行修正 修正系数可查有关手册 例 在 165 4 5mm钢管中 用孔径为78mm的孔板流量计测量管中苯的流量 已知苯的密度为880kg m3 粘度为0 67 10 3Pa s U管压差计指示液高度为30mmHg 解 采用试差法 设Re Rec 由A0 A1 d0 d1 2 78 156 2 0 25查图1 44得 C0 0 625 Rec 7 104 故计算结果正确 苯的流量为0 0087m3 s 1 7 3文丘里流量计 1 构造孔板流量计因为锐孔结构将引起过多的能量损失 可采用渐缩渐扩管代替孔板 减少由于突然缩小和扩大造成的能量损失 这样构成的流量计称为文丘里 Venturi 流量计 如图 文丘里流量计的收缩角一般取15 25 扩大角则取5 7 由于流体在渐缩段和渐扩段流动时 流速变化平缓 避免了涡流的形成 在喉管处增加的动能可于渐扩过程中大部分转为静压能 使得能量损失大大减少 但其构造复杂 2 测量原理 文丘里流量计的流量计算式与孔板流量计相类似 即 式中 CV 流量系数 一般0 98 0 99 其值由实验测定或查手册 A0 喉管截面积 m2 p1 po 压差值 Pa 说明 U管压差计 p1 po A gR 3 评价优点 能量损失小缺点 加工复杂 价格昂贵不易更换 测量的流量范围小 1 7 4转子流量计 1 构造转子流量计是在一支微锥形 上大下小 锥度4 的玻璃管内 放置一直径略小的转子 或称浮子 所组成 转子材料可为金属或其它材料 转子和玻璃管内壁间形成一个环隙通道 转子流量计垂直安装 被测流体从玻璃管底部进入 由顶部流出 如图 2 测量原理 当无流体通过时 转子处于底部 当有流体自下而上通过时 由于环隙处流速较大 静压力减小 故在转子的上下截面形成一个压力差 使转子上浮 随转子上浮 环隙截面逐渐增大 使流速降低 转子两端压力差也随之降低 若转子上升到一定高度 使转子两端压差产生的升力等于转子的净重力时 转子就停留在该处不动 显然转子所处位置与流体流量有关 这就是转子流量计的工作原理 此时可仿照孔板流量计流量公式 写出转子流量计流量计算公式 式中 CR 流量系数 查手册或测定 AR 转子与玻璃管的环隙面积 随位置高度而异 设转子体积为Vf 最大截面积Af 密度 f 当转子在流体中处于平衡时 推动力 净重力 3 转子流量计的特点 恒流速 恒压差 恒定的能量损失 使用时 实际流量值可直接由转子停留位置的玻璃管外刻度读出 使用起来比较方便 但生产厂家一般是用20 的水 或者20 101 3kPa条件下空气标定的 当被测流体条件发生变化时 应对刻度值进行换算 因为在同一刻度上 AR CR相同 因而换算关系为 4 评价及使用注意事项优点 读数方便 能量损失小 测量范围宽 适于测量腐蚀性流体 缺点 不能承受高温和高压 120 4 105Pa 使用注意事项 必须垂直安装 开启阀门要缓慢 以防转子突然上升和下降而损坏 基本原理及参数 一 基本概念1 流体2 稳定流动 非稳定流动3 质点 连续介质4 层流 湍流 边界层 边界层脱体5 粘度6 流量和流速7 理想流体与实际流体8 牛顿型流体与非牛顿型流体9 柏努利方程的物理意义作业 15 16 18 20 22 26 29 二 基本参数1 密度 1 定义式 2 理想气体 3 混和气体 4 混和液体 2 压力 1 定义式 2 单位Pa atm at kgf cm2 mH2O mmHg bar等1atm 标准大气压 1 013x105Pa 760mmHg 10 33mH2O 1 013bar 1 033kgf cm21at 工程大气压 1kgf cm2 0 9807x105Pa 735 6mmHg 10mH2O 0 9807bar 3 表示方式绝对压力 表压力 真空度真空度 表压绝对压力 大气压 表压力 3 粘度 1 定义式 2 气体混合物粘度 3 液体混合物粘度粘度的单位 实质 影响因素 4 流量与流速表达式 m3 s m s 5 直径与当量直径 圆管直径 当量直径 水力半径 1 物料衡算稳定流动的连续性方程2 能量衡算 1 稳定流动机械能守衡通式 2 柏努力方程 三 基本原理 1 表达式2 应用测量两点压差或各点静压力测量液位高度确定液封高度流量测量 流量计 需与流量公式配合使用3 使用注意事项等压面的选择 静力学方程 柏努利方程 1 表达式 基本式 理想流体 可压缩流体 1N流体 1m3流体 2 应用确定容器间的相对位置计算管道中各点的压力或压力差确定流体流量确定输送机械的有效功率及轴功率确定某段管路的阻力损失管路计算 简单管路 复杂管路流量测量 与静力学方程联用3 使用注意事项注意条件 流体是可压缩 不可压缩流体 实际 理想流体 稳定 不稳定流动等截面的选取基准水平面的选取单位及压力的表示法 1 表达式2 应用计算流体流经直管段 局部地方时产生的机械能损失 3 使用注意事项每个局部地方只能用一种