1.8 流量測(cè)量

1、1.8 流量測(cè)量流量測(cè)量 流量計(jì)流量計(jì) 變壓頭流量計(jì)變壓頭流量計(jì) 變截面流量計(jì)變截面流量計(jì) 將流體的將流體的動(dòng)壓頭的變化以靜壓頭的變化動(dòng)壓頭的變化以靜壓頭的變化 的形式表示的形式表示出來(lái)。如：測(cè)速管、孔板流出來(lái)。如：測(cè)速管、孔板流 量計(jì)和文丘里流量計(jì)量計(jì)和文丘里流量計(jì) 壓力降固定，流體流量變化時(shí)流道的截壓力降固定，流體流量變化時(shí)流道的截 面積發(fā)生變化面積發(fā)生變化。如：轉(zhuǎn)子流量計(jì)。如：轉(zhuǎn)子流量計(jì) 1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 1.8.1 測(cè)速管測(cè)速管 R 21 測(cè)速管測(cè)速管 2. 測(cè)量原理測(cè)量原理 21 2 1 2 ppu 1.8.1 測(cè)速管測(cè)速管 壓差計(jì)的指示數(shù)壓差計(jì)的指示數(shù)R代表代表1，2兩處的壓強(qiáng)之差兩

2、處的壓強(qiáng)之差。 2 2 112 uppp 12 ppp gRu 0 2 2 )(2 0 gR u 測(cè)速管測(cè)定管內(nèi)流體的基本原理和換算公式測(cè)速管測(cè)定管內(nèi)流體的基本原理和換算公式 若所測(cè)流體的密度為若所測(cè)流體的密度為，U型管壓差計(jì)內(nèi)充有密度型管壓差計(jì)內(nèi)充有密度 為為0的指示液，讀數(shù)為的指示液，讀數(shù)為R。 1.8.1 測(cè)速管測(cè)速管 若被測(cè)流體為氣體時(shí)，上式可簡(jiǎn)化為若被測(cè)流體為氣體時(shí)，上式可簡(jiǎn)化為: : gR u 0 2 注意注意：測(cè)速管所測(cè)得的是點(diǎn)流速，測(cè)速管所測(cè)得的是點(diǎn)流速， 不是平均流速，也不是流量。不是平均流速，也不是流量。 1.8.1 測(cè)速管測(cè)速管 實(shí)際使用時(shí)實(shí)際使用時(shí) )(2 0 gR c

3、u c=0.981.00 6 例題：例題：50的空氣流經(jīng)內(nèi)徑為的空氣流經(jīng)內(nèi)徑為300mm的管道，管的管道，管 中心安裝了測(cè)速管。已知：中心安裝了測(cè)速管。已知：U形管壓差計(jì)讀數(shù)形管壓差計(jì)讀數(shù) R=15mmH2O柱，測(cè)量點(diǎn)壓力為柱，測(cè)量點(diǎn)壓力為400mmH2O柱柱(表表 壓壓)。試計(jì)算管路中空氣的質(zhì)量流量。試計(jì)算管路中空氣的質(zhì)量流量。 分析：分析： s V關(guān)關(guān)系系圖圖與與 圓圓管管 max uuu平均平均 Re, max u 7 解：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的密度為解：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的密度為1.293kg/m3，則，則操操 作條件下空氣的密度為作條件下空氣的密度為 3 /135. 1 10330 40010

4、330 5015.273 15.273 293. 1mkg sm gR u/1 .16 135. 1 015. 081. 9100022 0 max u形管壓差計(jì)內(nèi)的指示液為水，形管壓差計(jì)內(nèi)的指示液為水，=1000kg/m3，壓，壓 差計(jì)讀數(shù)差計(jì)讀數(shù)R=0.015m。因測(cè)速管安裝在管道中心，。因測(cè)速管安裝在管道中心， 則可求得則可求得最大流速最大流速 8 查得查得50空氣的粘度空氣的粘度 SPa 5 1096. 1 查圖，得查圖，得 5 5 max 108 . 2 1096. 1 135. 11 .163 . 0 Re du 84. 0 max u u smuu/5 .131 .1684. 0

5、84. 0 max 則管路中空氣的質(zhì)量流量為則管路中空氣的質(zhì)量流量為 skgudm/08. 1135. 15 .133 . 0 44 22 l測(cè)速管應(yīng)放置于流體測(cè)速管應(yīng)放置于流體均勻流段；均勻流段； l為提高準(zhǔn)確性，測(cè)量點(diǎn)前后為提高準(zhǔn)確性，測(cè)量點(diǎn)前后l直 直50di； ； l皮托管不宜太粗，以減少對(duì)流動(dòng)的干擾。一般皮托管不宜太粗，以減少對(duì)流動(dòng)的干擾。一般 應(yīng)選取皮托管外徑應(yīng)選取皮托管外徑d0di/50； l皮托管管口截面嚴(yán)格垂直于流動(dòng)方向。皮托管管口截面嚴(yán)格垂直于流動(dòng)方向。 1.8.1 測(cè)速管測(cè)速管 3. 安裝安裝 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：流動(dòng)阻力小，拆裝方便，主要用于大管流動(dòng)阻力小，拆裝方便，主要用于大

6、管 徑氣體流速或大氣中風(fēng)速的測(cè)量。徑氣體流速或大氣中風(fēng)速的測(cè)量。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：測(cè)壓孔小，易堵塞，因此不宜用于測(cè)量測(cè)壓孔小，易堵塞，因此不宜用于測(cè)量 含固體粒子的流體速度。不能直接測(cè)出平均流含固體粒子的流體速度。不能直接測(cè)出平均流 速，壓差小，不易讀準(zhǔn)。速，壓差小，不易讀準(zhǔn)。 1.8.1 測(cè)速管測(cè)速管 4. 特點(diǎn)特點(diǎn) 1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 1.8.2 孔板流量計(jì)孔板流量計(jì) 縮脈縮脈 1 1 2 2 未收縮的截面為未收縮的截面為1-1截面，孔板后縮脈處為截面，孔板后縮脈處為2-2 截面，列截面截面，列截面1-1到截面到截面2-2間的柏努利方程式，間的柏努利方程式， 因流量計(jì)水平放置，若暫不計(jì)阻力損失，則

7、有因流量計(jì)水平放置，若暫不計(jì)阻力損失，則有 2 2 21 2 1 22 pupu 2. 工作原理工作原理 1.8.2 孔板流量計(jì)孔板流量計(jì) )(2 212 1 2 2 pp uu 1.8.2 孔板流量計(jì)孔板流量計(jì) 問(wèn)題：（問(wèn)題：（1 1）實(shí)際有能量損失；）實(shí)際有能量損失； （2）縮脈處的準(zhǔn)確位置無(wú)法確定。）縮脈處的準(zhǔn)確位置無(wú)法確定。 解決方法：解決方法：用孔口速度用孔口速度u0 0替代縮脈處速度替代縮脈處速度u2 2， 并相應(yīng)乘上并相應(yīng)乘上校正系數(shù)校正系數(shù) C 14 )(2 212 1 2 2 pp uu )(2 012 1 2 0 pp Cuu 根據(jù)連續(xù)性方程，對(duì)不可壓縮流體根據(jù)連續(xù)性方程，

8、對(duì)不可壓縮流體 2 0 10 1 d uu d )(2 )/(1 01 4 10 0 pp dd C u 4 10 )/(1dd C Co )(2 01 pp Cu oo 若若U形管指示液密度為形管指示液密度為 0，則，則 gR Cu oo )(2 0 gR ACAuV oo )(2 0 00 1.8.2 孔板流量計(jì)孔板流量計(jì) )(2 01 pp Cu oo C0流量系數(shù)（孔流系數(shù)）流量系數(shù)（孔流系數(shù)） A0孔面積?？酌娣e。 3. C0孔板流量系數(shù)（孔流系數(shù)）孔板流量系數(shù)（孔流系數(shù)） 管內(nèi)的管內(nèi)的Re 孔板開(kāi)孔面積比孔板開(kāi)孔面積比A0/A1 取壓方式取壓方式 結(jié)構(gòu)尺寸結(jié)構(gòu)尺寸 加工狀況加工狀況

9、 )/(Re, 100 AAfC 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)孔板，其流量系數(shù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)孔板，其流量系數(shù)C0可表示成可表示成 C0的影響因素的影響因素 1.8.2 孔板流量計(jì)孔板流量計(jì) C0 =0.60.7 17 0.84 0.82 0.80 0.7 0.78 0.76 C0 0.74 0.6 A0 0.72 A1 0.70 0.5 0.68 0.66 0.4 0.64 0.3 0.62 0.2 0.60 0.1 0.05 3 10 4 105 106 Re1 孔流系數(shù)C 0與Re1及A0/A1的關(guān)系 Re超過(guò)某界限值時(shí)，超過(guò)某界限值時(shí)， C0=const，此時(shí)流量此時(shí)流量 就與壓差計(jì)讀數(shù)的平就與壓差計(jì)讀數(shù)的平 方根成

10、正比，因此，方根成正比，因此， 在孔板的設(shè)計(jì)和使用在孔板的設(shè)計(jì)和使用 中，希望中，希望Re大于界限大于界限 值。值。 )/(Re, 100 AAfC Re臨界值臨界值 18 例題：例題：在在 603.5mm的管路中安裝有一孔徑為的管路中安裝有一孔徑為 30mm的的標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)，管內(nèi)輸送，管內(nèi)輸送20的液態(tài)苯。的液態(tài)苯。 試確定：試確定： （1）流量多少時(shí)，孔流系數(shù)）流量多少時(shí)，孔流系數(shù)C0與流量無(wú)關(guān)；與流量無(wú)關(guān)； （2）該流量下孔板壓差計(jì)所檢測(cè)到的壓差。）該流量下孔板壓差計(jì)所檢測(cè)到的壓差。 19 解：由附錄查得解：由附錄查得20時(shí)苯：時(shí)苯： = 879 kg/m3， = 0.7

11、3710-3 Pas 查圖，該孔板的孔流查圖，該孔板的孔流 系數(shù)系數(shù)C0為定值的最小為定值的最小 Re為為1.05105，與，與 此此Re數(shù)對(duì)應(yīng)，本題數(shù)對(duì)應(yīng)，本題 條件下苯的流量為：條件下苯的流量為： 22 00 0.03 0.32 0.053 dA Ad 20 22 3 2 00 3.66 10879 28.8kPa 20.64 0.785 0.032 V P C A 即，管內(nèi)苯的流量達(dá)即，管內(nèi)苯的流量達(dá) 3.6610-3 m3/s 后，孔流系后，孔流系 數(shù)數(shù) C0 為一定值，由圖查得為一定值，由圖查得 C0 = 0.64。 /sm1066. 31005. 1 8794 10737. 005

12、3. 014. 3 44 335 3 22 Re d dudV 與該流量對(duì)應(yīng)的孔板壓差計(jì)所檢測(cè)到的壓差為：與該流量對(duì)應(yīng)的孔板壓差計(jì)所檢測(cè)到的壓差為： 4.孔板流量計(jì)的阻力損失孔板流量計(jì)的阻力損失 gR A A p h pp A A p h f f f f )( )1 . 11( )1 . 11( 0 1 0 21 1 0 1.8.2 孔板流量計(jì)孔板流量計(jì) 為了保證孔板前后流動(dòng)的穩(wěn)定性，安裝時(shí)要為了保證孔板前后流動(dòng)的穩(wěn)定性，安裝時(shí)要 求求直管長(zhǎng)度直管長(zhǎng)度： l前 前10di， ，l后 后5di； ； 5. 孔板流量計(jì)的安裝孔板流量計(jì)的安裝 1.8.2 孔板流量計(jì)孔板流量計(jì) 缺點(diǎn)：流體通過(guò)孔板流量

13、計(jì)的阻力損失很大。缺點(diǎn)：流體通過(guò)孔板流量計(jì)的阻力損失很大。 6. 孔板流量計(jì)的特點(diǎn)孔板流量計(jì)的特點(diǎn) 1.8.2 孔板流量計(jì)孔板流量計(jì) 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、安裝方便優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、安裝方便 孔板的縮口愈小，孔口速度愈大，阻力損孔板的縮口愈小，孔口速度愈大，阻力損 失愈大。所以，失愈大。所以，選擇孔板流量計(jì)選擇孔板流量計(jì)A0/A1的值，的值， 往往是設(shè)計(jì)該流量計(jì)的核心問(wèn)題。往往是設(shè)計(jì)該流量計(jì)的核心問(wèn)題。 A B R 1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 1.8.3 文丘里流量計(jì)文丘里流量計(jì) 收縮段錐角通常取收縮段錐角通常取15 25 ， 擴(kuò)大段錐角小些，一般為擴(kuò)大段錐角小些，一般為5 7 1.8.3 文丘里流量

14、計(jì)文丘里流量計(jì) gR ACV V 0 0 2 Re 文丘里管的結(jié)構(gòu)文丘里管的結(jié)構(gòu) 2. 測(cè)量原理測(cè)量原理 影響影響CV的因素：的因素： 湍流情況下，湍流情況下，CV的值一般為的值一般為 0.98-0.99。 1.8.3 文丘里流量計(jì)文丘里流量計(jì) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：阻力損失小阻力損失小，故尤其適用于低壓氣體輸送。，故尤其適用于低壓氣體輸送。 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)不如孔板流量計(jì)緊湊；缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)不如孔板流量計(jì)緊湊； 加工精度要求高；加工精度要求高； 制造難度大；制造難度大； 造價(jià)較高造價(jià)較高。 3. 特點(diǎn)特點(diǎn) 1.8.3 文丘里流量計(jì)文丘里流量計(jì) 28 u A R R 變壓力流量計(jì)的特點(diǎn)：變壓力流量計(jì)的特點(diǎn)： 恒截

15、面，變壓頭。恒截面，變壓頭。 總結(jié)：總結(jié)： 流體出口 錐形硬 玻璃管 刻度 轉(zhuǎn)子 流體入口 11 22 0u 1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 1.8.4 轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì) 30 微錐形玻璃管，錐角約為微錐形玻璃管，錐角約為 4 左右左右 。 轉(zhuǎn)子（或稱浮子），直徑轉(zhuǎn)子（或稱浮子），直徑 略小于玻璃管的內(nèi)徑；略小于玻璃管的內(nèi)徑； 轉(zhuǎn)子密度須大于被測(cè)流體轉(zhuǎn)子密度須大于被測(cè)流體 的密度。的密度。 凈凈重重力力升升力力 u0 0 0 1 1 u1 浮浮 力力 2. 測(cè)量原理測(cè)量原理 1.8.4 轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì) 重力重力 浮浮力力 升力升力 u0 0 0 1 1 u1 按理想流體推導(dǎo)，摩擦力為零。按理想流體推

16、導(dǎo)，摩擦力為零。 向上推力與轉(zhuǎn)子的凈重力平衡時(shí)：向上推力與轉(zhuǎn)子的凈重力平衡時(shí)： gVAp fff )( 向上推力：向上推力： 向下的轉(zhuǎn)子凈重力：向下的轉(zhuǎn)子凈重力：Vf(f-)g pAf 1.8.4 轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì) gz up gz up 0 2 00 1 2 11 22 )( 2 )( 2 1 2 01001 uugzzpp 在在0-0、1-1面間列伯努利方程：面間列伯努利方程： 重力重力 浮浮力力 升力升力 u0 0 0 1 1 u1 10 zz )( 2 2 1 2 001 uupp ff AuuApp 2 1 2 001 2 gVAuu fff 2 1 2 0 2 gVA A A

17、u fff 2 1 02 0 1 2 1100 AuAu f ff A gV A A u 2 1 1 2 1 0 0 p R C 1.8.4 轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì) gVAp fff )( 34 p C A gV Cu R f ff R 2 2 0 f ff RRR A gV ACAuV 2 0 R C -流量系數(shù)，無(wú)單位，與轉(zhuǎn)子形狀及流量系數(shù)，無(wú)單位，與轉(zhuǎn)子形狀及Re有關(guān)。有關(guān)。 R A -轉(zhuǎn)子與玻璃管間的環(huán)隙截面積，轉(zhuǎn)子與玻璃管間的環(huán)隙截面積， m2 1.8.4 轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì) 3. 安裝注意事項(xiàng)安裝注意事項(xiàng) v轉(zhuǎn)子流量計(jì)必須轉(zhuǎn)子流量計(jì)必須垂直安裝，垂直安裝，且且下進(jìn)、上出下進(jìn)、上出； v應(yīng)應(yīng)安裝支路安裝支路，以便于檢修。，以便于檢修。 4. 特點(diǎn)特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：讀取流量直觀方便讀取流量直觀方便；阻力損失小阻力損失??；測(cè)；測(cè) 量精度高；能適用于