流量计量基础

1、2021-10-1611 流量测量基础知识流量测量基础知识2021-10-1612主要内容主要内容n一、流量测量基本概念n二、流量的单位n三、流量测量中常用物性参数n四、管内流动基本知识2021-10-1613n流量与流量计流量与流量计: n流量是单位时间内流过管道横截面或明渠横断面的流体量。n流体量以质量表示时，称“质量流量”，一般用qm表示；流体量以体积表示时，称“体积流量”，一般用qv表示。 一、流量测量基本概念一、流量测量基本概念 2021-10-1614n定常流：定常流：n流量不随时间变化或变化非常缓慢的流动。n脉动流：脉动流：n流动是非定常的，流量随时间呈周期性或非周期性不断变化。

2、2021-10-1615n 瞬时流量 数学表达式数学表达式 qVtu Avqmtu Am2021-10-1616n总量总量 :n在一段时间内流过管道横截面或明渠横断面的流体总量称为“累积流量”，也常被称为“总量”。 21ttvdtqV21ttmdtqm2021-10-1617n流量计流量计 :n测量管流或明渠流中流量或总量的仪器称为流量计。n体积流量计体积流量计：如容积式流量计、涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计和超声流量计等 ；n质量流量计质量流量计：科里奥利质量流量计、热式质量流量计等 。返回2021-10-1618二、流量的单位二、流量的单位 nSI单位：单位：体积流量的单位为（米3/

3、秒）（m3/s）；质量流量的单位为（千克/秒）（kg/s）。 n工程常用单位：工程常用单位：体积流量：米3 /小时（m3/h），升/小时（l / h）；质量流量：千克/小时（kg/h），吨/小时（t / h）。 返回2021-10-1619三、流量计量中常用物性参数三、流量计量中常用物性参数 n1、流体的密度、流体的密度 ：n单位体积内流体的质量，用符号表示。 单位：kg / m3 n各种流体的密度都随流体的状态（温度T，压力p）而变化 。mV2021-10-16110n1.1 液体的密度液体的密度 ：n压力不变时，液体的密度计算公式 ：n温度不变时，液体的密度计算公式 ：n和 为液体的温度膨

4、胀系数和体积压缩系数，由于 很小，工程上往往可将液体视为不可压缩流体 。 20120()t2001()pp流量计量中常用物性参数流量计量中常用物性参数 2021-10-16111n1.2 气体的密度气体的密度:n nZ为气体的压缩系数，是实际气体偏离理想气体定律的一个校正系数 ，越是高压、低温（即离液相越接近），越要考虑这一校正系数。（101325Pa，293.15） nnnnppTTZZ流量计量中常用物性参数 2021-10-16112n2、流体的粘度、流体的粘度 ：n流体的粘度是表示流体内摩擦力大小的一个参数，是造成流动阻力的根源。 n所有实际流体在流动时都有阻止其流体质点发生相对滑移的性

5、质，这就是流体的粘性，粘度就是用来度量流体粘性大小的参数。n各种流体的粘度都随流体的状态（温度T，压力p）而变化 。流量计量中常用物性参数流量计量中常用物性参数 2021-10-16113n通常，温度通常，温度T上升，液体的粘度下降，上升，液体的粘度下降，而气体的粘度上升。而气体的粘度上升。n一般工程计算中，一般工程计算中，液体的粘度液体的粘度只需考只需考虑温度对它的影响，而虑温度对它的影响，而气体和水蒸汽气体和水蒸汽的粘度的粘度与温度与温度T、压力、压力P的关系十分密的关系十分密切。切。 2021-10-16114n表征流体的粘度常用的有三种：n动力粘度（）n运动粘度（）n恩氏粘度（E）n通

6、常采用动力粘度和运动粘度，有时也采用恩氏粘度。2021-10-16115n2.1 动力粘度： n牛顿内摩擦定律n动力粘度的单位Pas n与CGS单位制中的p（泊g / cms ），cp（厘泊）等单位的换算关系 ：n1 Pas10 p（泊）1000cp（厘泊）n20的水，1 cp（1.002）（20.2 时1cp）dudh流量计量中常用物性参数流量计量中常用物性参数 2021-10-16116n2.2 运动粘度：n动力粘度与流体密度的比值称为运动粘度，常用 来表示：n运动粘度 的单位为m2 / s。 n与CGS单位制中的St（斯托克斯cm2 / s），厘斯（cSt）等单位之间的换算关系 :n1

7、m2 / s 104 St （斯）106 cSt （厘斯）n20的水， 1 cSt（1.004）柴油3-8 cSt流量计量中常用物性参数 2021-10-16117n2.3 恩氏粘度： n恩氏粘度是实验室用恩格勒粘度计测定的流体粘度，它被定义为用200mL温度为tC的被测流体流过恩格勒粘度计所需的时间t和温度为20C的同体积蒸馏水流过同一恩格勒粘度计所需的时间t0的比值。即0ttE ttttEE631041. 710135流量计量中常用物性参数 2021-10-16118n3、气体的等熵指数、气体的等熵指数 ：n如果流体在状态变化的某一过程中不与外界发生热量的交换，则该过程就称为绝热过程。可逆

8、的绝热过程称为等熵过程。n测量气体(或蒸汽)流量时，气体通过流量计时所经历的热力过程可近似地认为是一绝热过程。符合绝热过程状态方程 nk为被测气体的等熵指数或绝热指数。流量计量中常用物性参数 pvk 常数2021-10-16119n当气体服从理想气体定律时，其等熵指数k可用定压比热cp和定容比热cv之比（比热比）来表示。即n一般，单原子气体的等熵指数k为1.67，双原子气体的等熵指数k为1.40，多原子气体的等熵指数k为1.29 vpcck 返回2021-10-16120四、管内流动基本知识四、管内流动基本知识 n1、层流与紊流，雷诺数、层流与紊流，雷诺数 n层流流动时，管内流体分层流动，各流

9、层之间互不混杂而平行于管道轴线流动，流层间没有流体质点的相互交换。流体通过一段管道的压力降与流量成正比。n紊流流动时，管内流体不再分层流动，流体质点除沿管道轴线方向运动外，还有剧烈的径向运动。流体通过一段管道的压力降与流量的平方成正比。2021-10-16121n判断管内流动是层流流动还是紊流流动的判据是一个无量纲数 雷诺数Re。n对于圆管n一般认为，管道雷诺数 为层流状态，而当雷诺数大于此值时，流动将开始转变成紊流状态。ululReuDRe2320ReD2021-10-16122n工程计算中，一般管道直径单位以mm表示，而且往往已知体积流量qv（单位用m3 / h表示）或质量流量qm（单位用

10、kg / h表示）而非流速u，在这种情况下，雷诺数可用下面的实用公式来计算： DqDqvm354. 0Re354. 0Re2021-10-16123雷诺数计算n家用自来水，D=20mm，流量qm=200kg / h （小于DN20 水表的分界流量），求管道雷诺数。 0.354*200/20/0.001= 3540 n空气流动， D=50mm，流量qv=10m3 / h（约1.3m/s的流速烟能表示风向，但风向标尚不能指示风向烟能表示风向，但风向标尚不能指示风向），求管道雷诺数。 0.354*10/50/14/10-6 = 5057 Dqm354. 0Re Dqv354. 0Re 2021-10

11、-16124n2、管内速度分布与平均流速、管内速度分布与平均流速n管内截面上的流速并不处处相等n一般的规律是：越靠近管壁，由于流体与管壁的粘滞作用，流速越小，管壁上的流速为零；越靠近管中心，由于流体与管壁的这种粘滞作用越小，流速就越大，管道中心的流速达最大值。管内流动基本知识管内流动基本知识 2021-10-16125n2.1 速度分布n层流流动时 ：n紊流流动时 ：nn为随雷诺数不同而变化的指数(7-10) 2max)(1RruuxxnxxRruu1max)1 ( 管内流动基本知识 2021-10-16126层流速度分布紊流速度分布流向图11 圆管内流速分布图最大流速2021-10-1612

12、7n2.2平均流速n所谓平均流速，平时总是指管道截面上的平均流速。其含义是当管内流体以某一流速 均匀分布时通过管道某截面的流量正好等于管内流体以某一速度分布 时通过该管道截面的流量，则 就是该截面上速度分布为 时的平均流速。 uxuuux管内流动基本知识管内流动基本知识 2021-10-16128n数学表达式 :n层流状态 n紊流状态 AdAuAquxvmax22max2021)(1 22uRrdrRruRrdruuRxmax2201max20) 1)(12(2)1 (22unnnRrdrRruRrdruuRnRx2021-10-16129n3、流动基本方程、流动基本方程 n流体在流经管道和流量计时必须遵守的几个流动方程。主要有：n 连续性方程连续性方程 n 伯努利方程伯努利方程 管内流动基本知识管内流动基本知识 2021-10-16130n3.1 连续性方程连续性方程n流体被认为是由无数流体微团连续分布而组成的连续介质，表征流体属性的密度、粘度、速度、压力等物理量是可以连续变化的。 n连续性方程实际上就是质量守恒定律在运动流体中的具体应用 管内流动基本知识管内流动基本知识 2021-10-16131n数学表达式n对于可压缩流体定常流动 n对于不可压缩流体定常流动 111222u Au Aqtm( )常数mqAuAu2221