第1章流体流动5

1、一、孔板流量计一、孔板流量计 （Orifice MeterOrifice Meter）6 6 流量测量流量测量 1.1.结构结构缩脉缩脉 未收缩的截面为未收缩的截面为1-11-1截面，取孔板后缩脉处为截面，取孔板后缩脉处为2-22-2截截面，列截面面，列截面1-11-1到截面到截面2-22-2间的柏努利方程式，因流量计间的柏努利方程式，因流量计水平放置，若暂不计阻力损失，则有水平放置，若暂不计阻力损失，则有2.2.工作原理工作原理22212122pupu6 6 流量测量流量测量 由于缩脉处的准确位置及截面积难于确定，加上未计实由于缩脉处的准确位置及截面积难于确定，加上未计实际流体通过孔板的阻力

2、损失等因素，一般工程上采用孔口流际流体通过孔板的阻力损失等因素，一般工程上采用孔口流速速u u0 0代替代替u u2 2并相应乘上一个校正系数并相应乘上一个校正系数C C的办法进行修正，即的办法进行修正，即 )(2212122ppuu)(2212120ppCuu6 6 流量测量流量测量 根据连续性方程，对不可压缩流体根据连续性方程，对不可压缩流体20101duud)(2)/(1214100ppddCu410)/(1ddCCo)(221ppCuoo令令6 6 流量测量流量测量 若若U U形管指示液密度为形管指示液密度为 0 0，则，则 gRCuoo)(20gRACAuVoo)(20006 6 流

3、量测量流量测量 3. C3. C0 0孔板流量系数（孔流系数）孔板流量系数（孔流系数）管内的管内的ReRe孔板开孔面积比孔板开孔面积比A A0 0/A/A1 1取压方式取压方式结构尺寸结构尺寸加工状况加工状况)/(Re,100AAfC 对标准孔板，其流量系数对标准孔板，其流量系数C C0 0可表示成可表示成6 6 流量测量流量测量 C C0 0的影响因素的影响因素6 6 流量测量流量测量 【例题【例题】 在在 60603.5mm3.5mm的管路中安装有一孔径为的管路中安装有一孔径为30mm30mm的标准孔的标准孔板流量计，管内输送板流量计，管内输送2020的液态苯。的液态苯。试确定：（试确定：

4、（1 1）流量多少时，孔流系数）流量多少时，孔流系数C C0 0与流量无关；与流量无关； （2 2）该流量下孔板压差计所检测到的压差。）该流量下孔板压差计所检测到的压差。 6 6 流量测量流量测量 解：由附录查得解：由附录查得2020时苯：时苯： = 879 kg/m= 879 kg/m3 3， = 0.737= 0.7371010-3 -3 PaPas s。 由图查得，该孔板的孔由图查得，该孔板的孔流系数流系数C C0 0为定值的最小为定值的最小Re Re 为为1.051.0510105 5，与此，与此Re Re 数对应，本题条件下数对应，本题条件下苯的流量为：苯的流量为： 22000.03

5、0.320.053dAAd6 6 流量测量流量测量 2232003.66 1087928.8kPa20.64 0.785 0.032VPC A即管内苯的流量达即管内苯的流量达 3.663.661010-3 -3 m m3 3/s /s 后，孔流系数后，孔流系数 C C0 0 为一定值，由图查得为一定值，由图查得 C C0 0 = 0.64= 0.64。与该流量对应的孔板压差计所检测到的压差为：与该流量对应的孔板压差计所检测到的压差为： /sm1066. 31005. 1879410737. 0053. 014. 344335322ReddudV6 6 流量测量流量测量 4.4.气体孔板流量计的

6、流量公式气体孔板流量计的流量公式mmmgRACgRACV00000002)(26 6 流量测量流量测量 气体的绝热指数气体的绝热指数压差比值（压差比值（P P1 1-P-P2 2）/P/P1 1截面积比值截面积比值A A0 0/A/A1 1有关有关影响体积膨胀系数影响体积膨胀系数的因素的因素5.5.孔板流量计的阻力损失孔板流量计的阻力损失gRAAPhPPAAPhffff)()1 . 11 ()1 . 11 (01021106 6 流量测量流量测量 6.6.孔板流量计的设计孔板流量计的设计初设初设d d0 0 或或C C0 0重设重设d d0 0 或或C C0 06 6 流量测量流量测量 用流量

7、公式用流量公式和和C C0 0图试差计算图试差计算N输出设计结果输出设计结果Y 拟在拟在38382.5mm2.5mm的管路上装标准孔板流量计测的管路上装标准孔板流量计测量管内溶液流量。压差计的最大读数不允许超过量管内溶液流量。压差计的最大读数不允许超过600mm600mm。已知溶液流量在已知溶液流量在500050005740kg/h5740kg/h范围内波动。管内溶范围内波动。管内溶液密度为液密度为879kg/m879kg/m3 3、粘度为、粘度为0.650.651010-3-3PaPaS S。试设计孔。试设计孔板流量计的锐孔直径板流量计的锐孔直径d dO O。6 6 流量测量流量测量 例题例

8、题为了保证孔板前后流动的稳定性，安装时要求直管为了保证孔板前后流动的稳定性，安装时要求直管长度：长度：l l前前1010d di i，l l后后5 5d di i； 优点：结构简单，制造、安装方便优点：结构简单，制造、安装方便缺点：流体通过孔板流量计的阻力损失很大。缺点：流体通过孔板流量计的阻力损失很大。7.7.孔板流量计的安装孔板流量计的安装8.8.孔板流量计的特点孔板流量计的特点6 6 流量测量流量测量 二、文丘里流量计（二、文丘里流量计（VenturiVenturi Meter Meter）ABR1.1.结构结构6 6 流量测量流量测量 gRACVV002Re Re 文丘里管的结构文丘里

9、管的结构6 6 流量测量流量测量 2.2.测量原理测量原理影响影响C CV V的因素：的因素：在湍流情况下，在湍流情况下，C CV V的值一般为的值一般为 0.98-0.990.98-0.99。 201 . 0 uhf6 6 流量测量流量测量 3.3.阻力损失阻力损失优点：阻力损失小优点：阻力损失小缺点：结构不如孔板流量计紧凑缺点：结构不如孔板流量计紧凑 加工精度要求高加工精度要求高 制造难度大制造难度大 造价较高。造价较高。6 6 流量测量流量测量 4.4.特点特点三、转子流量计三、转子流量计 （RotameterRotameter）流体出口锥形硬玻璃管刻度转子流体入口11220u1.1.结

10、构结构6 6 流量测量流量测量 2.2.测量原理测量原理流体出口锥形硬玻璃管刻度转子流体入口11220u6 6 流量测量流量测量 pACVRR2当向上推力与转子的净重力相平衡时：当向上推力与转子的净重力相平衡时：gVApfff)(6 6 流量测量流量测量 向上推力：向上推力：向下的转子净重力：向下的转子净重力： V Vf f(f f-)g-)gP PA Af f流体出口锥形硬玻璃管刻度转子流体入口11220ufffAgVp)(fffRRAgVACV)(2RC-转子流量计的流量系数转子流量计的流量系数, ,无单位无单位 与转子的形状及与转子的形状及ReRe有关。有关。 RA-转子与玻璃管间的环隙

11、截面积，转子与玻璃管间的环隙截面积，m m2 2 6 6 流量测量流量测量 6 6 流量测量流量测量 流量标定：流量标定：2020的水或者的水或者2020、1atm1atm下的空气。下的空气。ffVV 3.3.流量标定及刻度换算流量标定及刻度换算VV 对于气体：对于气体：6 6 流量测量流量测量 刻度换算：刻度换算：4.4.特点特点优点：优点： 读取流量直观方便读取流量直观方便 阻力损失小阻力损失小 测量精度高测量精度高 能适用于腐蚀性流体的流量测量能适用于腐蚀性流体的流量测量缺点：缺点： 玻璃管不能耐高温高压，安装时玻璃管易破碎。玻璃管不能耐高温高压，安装时玻璃管易破碎。6 6 流量测量流量

12、测量 四、测速管（四、测速管（PitotPitot tube tube）1. 1. 结构结构6 6 流量测量流量测量 忽略忽略1 1、3 3 两点间流体的阻力损失，则外管管壁小孔点两点间流体的阻力损失，则外管管壁小孔点3 3处的流速和压力均与点处的流速和压力均与点l l相同相同23212PPu2.2.测量原理测量原理21212PPugRPPu)(2)(203216 6 流量测量流量测量 若被测流体为气体时，上式可简化为若被测流体为气体时，上式可简化为gRu012注意：注意： 测速管所测得的是点流速，不是平均流速，也不是流量。测速管所测得的是点流速，不是平均流速，也不是流量。6 6 流量测量流量

13、测量 6 6 流量测量流量测量 例例1-26501-2650的空气流经内径为的空气流经内径为300mm300mm的管道，管中心安的管道，管中心安装了测速管。已知装了测速管。已知U U形管压差计读数形管压差计读数R R为为15mmH15mmH2 2O O柱，测量柱，测量点压力为点压力为400mmH400mmH2 20 0柱柱( (表压表压) )。试计算管路中空气的质量。试计算管路中空气的质量流量。流量。 6 6 流量测量流量测量 解：标准状态下空气的密度为解：标准状态下空气的密度为1.293kg/m1.293kg/m3 3，则操作条，则操作条件下空气的密度为件下空气的密度为3/135. 1103

14、30400103305015.27315.273293. 1mkg smgRu/1 .16135. 1015. 081. 91000220max 已知已知u u形管压差计内的指示液为水，其密度形管压差计内的指示液为水，其密度l000kg/ml000kg/m3 3，压差计读数，压差计读数R=0.015mR=0.015m。因测速管安装在。因测速管安装在管道中心，则可求得最大流速管道中心，则可求得最大流速 6 6 流量测量流量测量 由附录查得由附录查得5050空气的粘度空气的粘度SPa51096. 1查图，得查图，得55max108 . 21096. 1135. 11 .163 . 0Redu则则 84. 0maxuusmuu/5 .131 .1684. 084. 0max则管路中空气的质量流量为则管路中空气的质量流量为skgudW/08. 1135. 15 .133 . 044226 6 流量测量流量测量 4.4.安装安装l要使测速管正对流体流向要使测速管正对流体流向l皮托管不宜太粗，以减少对流动的干扰，一般应选皮托管不宜太粗，以减少对流动的干扰，一般应选取皮托管的直径小于管径的取皮托管的直径小于管径的1/501/50。l为提高准确性，测量点前