热工测试技术-第7章.ppt

1、2020/7/13,热能工程系,1,第七章 流量测量（二） 节流装置 7-1概述 一、原理思路 流体流经节流件（孔板、喷嘴），在节流件 前后产生压差，而该压差决定于流体的流速， 从而可通过测定流速（或流量）。,2020/7/13,热能工程系,2,二、主要节流件形式 孔板、喷嘴、文丘利喷嘴、偏心孔板、圆缺 孔板等，甚至管道上的弯头，阀门等局部阻 力件产生的压差均可测流量。 国际标准节流件：三种形式 标准孔板； 喷嘴；（标准喷嘴、长径喷嘴）； 文丘利管（古典文丘利管、文丘利喷嘴）,2020/7/13,热能工程系,3,2020/7/13,热能工程系,4,2020/7/13,热能工程系,5,三、标准节

2、流装置的构成及标准条件 （一）节流装置的构成 节流件、取压装置、上、下游直管段。,2020/7/13,热能工程系,6,（二）标准条件（完整的设计标准及条件） 1.流体种类：单向、均质、低粘度流体； 2.流动条件：流体充满管道，流场均质平行轴线且无旋流，速度小于声速且稳态； 3.管道条件：直管段、局部阻力件、管内光滑度；,2020/7/13,热能工程系,7,四、特点 1、结构简单、寿命长、使用广泛； 2、标准化设计、不必单独标定、精度可达0.5%； 3、非线性特性； 4、压力损失大； 5、测量范围小，3:1； 6、设计、使用要求严格。,2020/7/13,热能工程系,8,7-2 节流装置流量测量

3、的基本关系式 一、流动状态与流动的基本方程 （一）管道内流动状态及压力变化曲线,2020/7/13,热能工程系,9,流束收缩系数：,截面比：,径比：,截面比与径比关系：,实线表示管壁处静压力， 虚线表示中心轴线处静压力。,2020/7/13,热能工程系,10,（二）一元流动基本方程,流体状态方程：,连续方程：,能量方程：,(伯努利微分方程，只适用流线，流束),2020/7/13,热能工程系,11,二、不可压缩流体流量关系式,由一元流动基本方程知：,（一）理论关系式,连续方程：,能量方程（伯努利方程）：,2020/7/13,热能工程系,12,2020/7/13,热能工程系,13,(二)修正关系式

4、（使用关系式） 1流速修正： 由于实际管内流动非流线或均匀流束流动，在同一截面上，流速不等，只有用平均流速进行表征，因此需要修正。,动能修正系数,2020/7/13,热能工程系,14,2压力修正： 由于实际管内流动阻力，导致流动压力损失，伯努利方程需要引入修正项。 所以伯努利积分方程：,阻力系数,2020/7/13,热能工程系,15,由于实测压力 受取压方式的限制，以及管内流动同一截面静压分布不等的影响，与理论压力 有差别，需要修正。,3取压修正：,取压系数，表示压力的修正,2020/7/13,热能工程系,16,4修正的实用流量关系式：,2020/7/13,热能工程系,17,5流量系数： 流量

5、系数，是节流装置的重要参数，与众多因数有关，通常只有实验确定。=0.61.2,2020/7/13,热能工程系,18,理想状态下（或不考虑修正），=0，c1=1，c2=1，=1，,2020/7/13,热能工程系,19,三、可压缩流体流量关系式 （一）理论关系式 由一元流量基本方程:,2020/7/13,热能工程系,20,所以,可压流体的理论流量系数：,2020/7/13,热能工程系,21,可压流体的理论膨胀系数：,2020/7/13,热能工程系,22,（二）实用关系式 1修正化： 关于流量系数 考虑实际流体的流动各因素的影响， 实测压力与理论压力的差别； 压力损失（散热损失等）； 流速分布不均匀

6、的修正。,2020/7/13,热能工程系,23,类比不可压流体，引入修正系数,可压流体流量系数：,流量关系式：,2020/7/13,热能工程系,24,关于膨胀系数与统一化 为了进一步简化可压缩流体流量关系式，通 常以不可压流体的流量系数表征，而将所有 可压缩性影响都归于膨胀系数,2020/7/13,热能工程系,25,从而对不可压与可压流体，流量系数统一， 压缩性由膨胀系数完全表征，膨胀系数 由实验确定1。 实际流体均具有可压性，这里讨论不可压和 可压，只是说明流量关系式的演变推倒过 程。实际中，只有最终的流量关系式。,2020/7/13,热能工程系,26,四、节流装置的压力损失p 流体流经节流

7、件，由于涡流、撞击、摩擦而 产生的不可逆损失，称为压力损失。通常由 经验公式计算：,2020/7/13,热能工程系,27,7-3 标准节流装置特点 一、标准孔板本体 标准节流件的设计、加工都有严格的标准，由设计规范规定。,2020/7/13,热能工程系,28,1.孔口直径d（12.5mm）： 根据流量、压力损失计算确定； 2.入口边缘直角： 锐利、严格直角无毛刺、 无划痕、目测无反射光。 3.孔板安装： 垂直度，同心度等。,2020/7/13,热能工程系,29,二、节流装置主要特点比较 1、压力损失p： 孔板喷嘴文丘利管； 2.脏污、磨损、腐蚀影响： 孔板喷嘴； 3.制造、加工、安装： 孔板喷

8、嘴文丘利管 4流量测量精度： 孔板喷嘴文丘利管 5.流场均匀性：孔板喷嘴文丘利管,2020/7/13,热能工程系,30,三、节流装置的取压方式 （一）两种取压方法： 开孔取压 环室取压,2020/7/13,热能工程系,31,开孔取压：在管道的取压位置的壁面处开取压孔，进行压力测量。 1方法简单，工艺容易实现； 2受流动分布不均影响较大，精度较低； 3若获得截面的平均压力，需在径向开更多孔。,2020/7/13,热能工程系,32,环室取压：在管道的取压位置，切开取压环室槽，相当在径向开无数多孔，测取环周内各处压力。 1方法复杂，工艺困难； 2受流动分布不均影响较小，精度较高； 3可同时获得截面的

9、平均压力。,2020/7/13,热能工程系,33,（二）五种取压方式： 1理论取压： 上游：1D0.1；下游:：最小流通截面处（0.340.84D） （1）取压系数1； （2）下游位置变，只能近似确定； （3）不易实现环室取压； （4）压差信号较大。,2020/7/13,热能工程系,34,2径距取压： 上游：1D；下游：1/2D 接近理论取压方式。,2020/7/13,热能工程系,35,3管接取压（管接取压） 上游：2.5D；下游：8D （1）压差测量值为压力损失值； （2）压差信号较小，相对误差较大； （3）取压距离长，更多的摩擦压力损失混 入，压差不稳定； （4）不易实现环室取压。,202

10、0/7/13,热能工程系,36,4法兰取压（安装方便） 上游、下游：均在25.40+8mm位置。 （1）取压位置确定，不受D的影响； （2）压差较大； （3）不易实现环室取压。,2020/7/13,热能工程系,37,5角接取压：（环室） 上、下游：取压位置均在孔板前、后端面根部1/2d。 （1）容易实现环室取压； （2）取压距离短，消除摩擦因素的影响； （3）压差信号大； （4）要求直管段长度缩短； （5）取压位置、压力变化梯度大、对位置的偏差敏感； （6）取压位于涡角区，加剧赃污和阻塞。,2020/7/13,热能工程系,38,1,1,2,2,4,3,3,4,5 5,2020/7/13,热能工

11、程系,39,四、节流装置直管段 在节流装置的流量测量中，为保证良好的流 动条件，通常以足够长度的直管段管道予以 控制，特别在节流件上、下游具有局部阻力 件时，更显得尤为重要。,2020/7/13,热能工程系,40,10D,5D,l0,l1,l2,上游第一 局阻件,上游第二 局阻件,节流件,下游第一 局阻件,粗糙度 影响区,2020/7/13,热能工程系,41,（一）良好的直管段均匀圆度 常用以上、下游2D长度内的管内径D实测评价。取管长四个位置0D ,1/2D,1D,2D，与管道轴线垂直的截面上各取等角距的四个内径的单测值，取16点测量值。,上游要求：,下游要求：,2020/7/13,热能工程系,42,（二）直管段粗糙度K/D 粗糙度主要影响流动状态，阻力系