化工原理-第一章-流速和流量的測(cè)量課件

化工原理第一章流速和流量的測(cè)量2023/9/4化工原理第一章流速和流量的測(cè)量2023/8/22023/9/4

流量計(jì)的兩種類型1、變壓頭流量計(jì)【特點(diǎn)】將流體的動(dòng)壓頭的變化以靜壓頭的變化的形式表示出來。讀數(shù)指示由壓強(qiáng)差換算而來?！纠纭繙y(cè)速管、孔板流量計(jì)和文丘里流量計(jì)?！菊f明】除測(cè)速管測(cè)定管截面上的點(diǎn)速度外，其余均測(cè)得平均速度。第六節(jié)流量的測(cè)量2023/8/2流量計(jì)的兩種類型1、變壓頭流量計(jì)【特2023/9/42、變截面流量計(jì)

【特點(diǎn)】流體通過流量計(jì)時(shí)的壓力降是固定的，流體流量變化時(shí)流道的截面積發(fā)生變化，以保持不同流速下通過流量計(jì)的壓強(qiáng)降相同。（恒壓差、變截面）【例如】轉(zhuǎn)子流量計(jì)?！菊f明】變截面流量計(jì)可直接測(cè)得流體的體積流量。2023/8/22、變截面流量計(jì)【特點(diǎn)】流體通過流量計(jì)時(shí)的2023/9/41、測(cè)速管的結(jié)構(gòu)

①兩根彎成直角的同心套管；②內(nèi)管管口敞開；③外管的管口封閉；④外管前端壁面四周開有若干測(cè)壓小孔。一、測(cè)速管（Pitottube皮托管）

2023/8/21、測(cè)速管的結(jié)構(gòu)①兩根彎成直角的同心套管；2023/9/4畢托管實(shí)物圖【說明】為了減小誤差，測(cè)速管的前端經(jīng)常做成半球形以減少渦流。

外管測(cè)壓小孔在3～8D處2023/8/2畢托管實(shí)物圖【說明】為了減小誤差，測(cè)速管的前2023/9/4畢托管實(shí)物圖【說明】1732年由法國(guó)工程師H.皮托首創(chuàng)，至今仍是用來測(cè)量時(shí)均點(diǎn)流速的常用儀器。2023/8/2畢托管實(shí)物圖【說明】1732年由法國(guó)工程師H2023/9/4空速管2023/8/2空速管2023/9/42測(cè)速管工作原理【說明】對(duì)于某水平管路，測(cè)速管的內(nèi)管處測(cè)得的是管口所在位置的局部流體動(dòng)壓頭與靜壓頭之和，外管測(cè)壓孔測(cè)得為靜壓頭。測(cè)速管的內(nèi)管與外管分別與U形壓差計(jì)相連。2023/8/22測(cè)速管工作原理【說明】對(duì)于某水平管路，2023/9/43、測(cè)速管的計(jì)算公式內(nèi)管處測(cè)得的是管口所在位置的局部流體動(dòng)壓頭與靜壓頭之和，稱為沖壓頭（能）。

外管測(cè)壓孔測(cè)得為靜壓頭：2023/8/23、測(cè)速管的計(jì)算公式內(nèi)管處測(cè)得的是管2023/9/4內(nèi)外管之壓強(qiáng)差為：測(cè)速管管口處的點(diǎn)速度為：——測(cè)速管測(cè)定管內(nèi)流體的點(diǎn)速度的基本公式

【結(jié)論】可通過測(cè)量?jī)?nèi)、外管的壓力差計(jì)算管內(nèi)流體的點(diǎn)速度。2023/8/2內(nèi)外管之壓強(qiáng)差為：測(cè)速管管口處的點(diǎn)速度為：2023/9/4

若使用U形管壓差計(jì)，所測(cè)流體的密度為ρ，U型管壓差計(jì)內(nèi)充有密度為ρ0的指示液，讀數(shù)為R。實(shí)際使用時(shí)c=0.98~1.00（校正系數(shù)）

2023/8/2若使用U形管壓差計(jì)，所測(cè)流體的密度為2023/9/44、平均流速與流量的確定（1）根據(jù)測(cè)速管測(cè)得的管截面各處的點(diǎn)速度，建立流體在管內(nèi)的速度分布方程，然后對(duì)速度分布方程進(jìn)行積分，獲得體積流量及流速。其具體步驟為：①獲得流體在管內(nèi)的速度分布方程式：ur＝f(r)②對(duì)速度分布方程式進(jìn)行積分以得到流量及平均流速：2023/8/24、平均流速與流量的確定（1）根據(jù)測(cè)速管測(cè)得2023/9/4（2）根據(jù)管內(nèi)的最大流速與平均流速之間的關(guān)系，測(cè)出管內(nèi)的最大流速，然后確定平均流速及流量。該法要使用試差法，其具體步驟為：①假設(shè)流型（層流或湍流）；②由最大流速計(jì)算平均流速（如u＝0.5umax）；③校核流型（與假設(shè)流型是否相符）。（3）根據(jù)皮托管測(cè)量管中心的最大流速，利用關(guān)系曲線（圖1－38）查取最大速度與平均速度的關(guān)系，求出截面的平均速度，進(jìn)而計(jì)算出流量。2023/8/2（2）根據(jù)管內(nèi)的最大流速與平均流速之間的關(guān)系2023/9/4u/umax～Remax(Re)關(guān)系圖

【說明】u/umax的關(guān)系較為復(fù)雜，與Re有關(guān)。因此，Re不同時(shí)，速度分布式亦不同。2023/8/2u/umax～Remax(Re)關(guān)系圖【說2023/9/45、使用皮托管的注意事項(xiàng)（1）測(cè)速管應(yīng)放置于流體均勻流段；（2）內(nèi)管管口截面嚴(yán)格垂直于流動(dòng)方向；（3）測(cè)量點(diǎn)的上，下游應(yīng)有50倍直徑長(zhǎng)的直管距離，至少應(yīng)有8~12倍直徑長(zhǎng)的直管段。（4）如果測(cè)速管的壓差讀數(shù)太小，可配微壓計(jì)。2023/8/25、使用皮托管的注意事項(xiàng)（1）測(cè)速管應(yīng)放置于2023/9/4（5）測(cè)速管安裝于管路中，裝置頭部和垂直引出部分都將對(duì)管道內(nèi)流體的流動(dòng)產(chǎn)生影響，從而造成測(cè)量誤差。因此，除選好測(cè)點(diǎn)位置，盡量減少對(duì)流動(dòng)的干擾外，一般應(yīng)選取皮托管的直徑小于管徑的1/50。（6）測(cè)速管對(duì)流體的阻力較小，適用于測(cè)量大直徑管道中清潔氣體的流速，若流體中含有固體雜質(zhì)時(shí)，易將測(cè)壓孔堵塞，故不宜采用。2023/8/2（5）測(cè)速管安裝于管路中，裝置頭部和垂直引出2023/9/4二、孔板流量計(jì)1、孔板流量計(jì)的結(jié)構(gòu)（1）節(jié)流元件為孔板——中央開有圓孔的金屬板（銳孔）；（2）垂直安裝在管道中；（3）孔板前后分別引出兩個(gè)測(cè)壓口，分別與壓差計(jì)相連。金屬孔板壓差計(jì)法蘭2023/8/2二、孔板流量計(jì)1、孔板流量計(jì)的結(jié)構(gòu)（1）2023/9/4孔板流量計(jì)實(shí)物圖2023/8/2孔板流量計(jì)實(shí)物圖2023/9/4一體化的孔板流量計(jì)數(shù)字壓差計(jì)孔板流量計(jì)2023/8/2一體化的孔板流量計(jì)數(shù)字壓差計(jì)孔板流量計(jì)2023/9/4安裝在管路上的孔板流量計(jì)2023/8/2安裝在管路上的孔板流量計(jì)2023/9/42孔板流量計(jì)的工作原理流束收縮縮脈流束擴(kuò)大【說明】（1）當(dāng)流體以一定流量流經(jīng)孔板時(shí)，在孔板前后產(chǎn)生一定的壓力差ΔP＝P1－P2；（2）流量愈大，ΔP也就愈大，即：2023/8/22孔板流量計(jì)的工作原理流束收縮縮脈流束擴(kuò)2023/9/4【孔板流量計(jì)的兩種取壓方法】（1）角接法（角接取壓）其取壓口在孔板前后兩片法蘭上，盡量靠近孔板。（2）徑接法（縮脈取壓）其上游取壓口在距離孔板1倍管徑處，下游取壓口在距離孔板0.5倍管徑處，盡量接近縮脈。2023/8/2【孔板流量計(jì)的兩種取壓方法】（1）角接法（角2023/9/4其中——流量系數(shù)或孔流系數(shù)

——孔板流量計(jì)基本方程式3、孔板流量計(jì)的流量方程

孔板流量計(jì)的流量與壓差的關(guān)系，可由連續(xù)性方程和柏努利方程推導(dǎo)。結(jié)果如下：【說明】u0為流體經(jīng)過孔板的流速。2023/8/2其中——流量系數(shù)或孔流系數(shù)——孔板流量計(jì)基2023/9/4將U形壓差計(jì)公式代入式中，得孔板處的流速：【體積流量的計(jì)算】4、流量的計(jì)算

【質(zhì)量流量的計(jì)算】2023/8/2將U形壓差計(jì)公式代入式中，得孔板處的2023/9/45、孔流系數(shù)的確定

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，C0的影響因素有：（1）管道流動(dòng)的雷諾數(shù)Re；（2）孔面積與管道面積比A0/A1；（3）孔板的取壓方式；（4）孔板的加工精度；（5）管壁粗糙度等?！菊f明】由于影響因素眾多，目前還無法從理論上計(jì)算C0，只能依靠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所獲得的實(shí)驗(yàn)曲線，根據(jù)操作條件查找。2023/8/25、孔流系數(shù)的確定通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，C2023/9/4【實(shí)驗(yàn)曲線】對(duì)于按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格及精度制作的孔板，用角接取壓法安裝的標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的C0與Re、A0/A1的關(guān)系曲線如圖1－40所示?！咎幚矸椒ā繉?duì)于取壓方式、結(jié)構(gòu)尺寸、加工狀況均已規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)孔板，流量系數(shù)C0可以表示為：式中Re是以管道的u1、d1計(jì)算的雷諾數(shù)，即：2023/8/2【實(shí)驗(yàn)曲線】對(duì)于按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格及精度制作的孔板，2023/9/4【說明】（1）對(duì)于A0/A1相同的標(biāo)準(zhǔn)孔板，C0只是Re的函數(shù)，并隨Re的增大而減??；（2）當(dāng)Re增大到一定界限值之后，C0不再隨Re變化，成為一個(gè)僅取決于A0/A1的常數(shù)；（3）選用或設(shè)計(jì)孔板流量計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使常用流量在此范圍內(nèi)。常用的C0值為0.6～0.7。2023/8/2【說明】（1）對(duì)于A0/A1相同的標(biāo)準(zhǔn)孔板，2023/9/46、流量的確定——試差法（1）先假設(shè)Re超過Re界限值ReC，由A0/A1從圖1-40中查得C0；（2）根據(jù)公式計(jì)算流量qV，再計(jì)算管道中的流速u及相應(yīng)的Re；（3）若所得的Re值大于界限值ReC,則表明原來的假設(shè)正確，計(jì)算結(jié)果有效；（4）否則需重新假設(shè)C0，重復(fù)上述計(jì)算，直至計(jì)算值與假設(shè)值相符為止。

2023/8/26、流量的確定——試差法（1）先假設(shè)Re超過2023/9/4【優(yōu)點(diǎn)】構(gòu)造簡(jiǎn)單，安裝方便?！救秉c(diǎn)】流體通過孔板流量計(jì)的阻力損失很大。主要是由于流體流經(jīng)孔板時(shí)，截面的突然縮小與擴(kuò)大形成大量渦流所致。雖然流體經(jīng)管口后某一位置流速已恢復(fù)與孔板前相同，但靜壓力卻不能恢復(fù)，產(chǎn)生了永久壓力降。7、孔板流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)2023/8/2【優(yōu)點(diǎn)】構(gòu)造簡(jiǎn)單，安裝方便。7、孔板流量計(jì)2023/9/4孔板縮脈旋渦流體流經(jīng)孔板的狀況2023/8/2孔板縮脈旋渦流體流經(jīng)孔板的狀況2023/9/47、孔板流量計(jì)的安裝（1）水平安裝在管路上；（2）孔板流量計(jì)安裝時(shí)，上、下游需要有一段內(nèi)徑不變的直管作為穩(wěn)定段，上游長(zhǎng)度至少為管徑的10倍，下游長(zhǎng)度為管徑的5倍。2023/8/27、孔板流量計(jì)的安裝（1）水平安裝在管路上；2023/9/4【例】

20℃苯在φ133×4mm的鋼管中流過，為測(cè)量苯的流量，在管道中安裝一孔徑為75mm的標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)。當(dāng)孔板前后U形壓差計(jì)的讀數(shù)R為80mmHg時(shí)，試求管中苯的流量（m3/h）。

2023/8/2【例】20℃苯在φ133×4mm的鋼管中2023/9/4【解】查得20℃苯的物性：面積比：由公式可求得苯的體積流量：設(shè)Re＞ReC，由圖1-40查得：

2023/8/2【解】查得20℃苯的物性：面積比：由公式可求2023/9/4校核Re：管內(nèi)的平均流速為：管道的Re：故假設(shè)正確，以上計(jì)算有效。苯在管路中的流量為：qV＝48.96m3/h

2023/8/2校核Re：管內(nèi)的平均流速為：管道的Re：2023/9/4三、文丘里（Venturi）流量計(jì)

1、文氏流量計(jì)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)【結(jié)構(gòu)】用一段漸縮、漸擴(kuò)管代替孔板，所構(gòu)成的流量計(jì)稱為文丘里流量計(jì)或文氏流量計(jì)?！咎攸c(diǎn)】當(dāng)流體經(jīng)過文丘里管時(shí)，由于均勻收縮和逐漸擴(kuò)大，流速變化平緩，渦流較少，故能量損失比孔板大大減少。2023/8/2三、文丘里（Venturi）流量計(jì)1、文氏2023/9/4文氏流量計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖漸縮管漸擴(kuò)管喉管測(cè)壓口測(cè)壓口2023/8/2文氏流量計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖漸縮管漸擴(kuò)管喉管測(cè)壓口2023/9/4文氏流量計(jì)實(shí)物圖2023/8/2文氏流量計(jì)實(shí)物圖2023/9/4【說明】文丘里流量計(jì)的測(cè)量原理與孔板流量計(jì)相同，也屬于差壓式流量計(jì)。

根據(jù)所連接的U型管壓差計(jì)確定R，然后使用公式計(jì)算體積流量。2、文丘里流量計(jì)的測(cè)量原理

2023/8/2【說明】文丘里流量計(jì)的測(cè)量原理與孔板流量計(jì)相2023/9/43、文丘里流量計(jì)的流量計(jì)算

由于文丘里流量計(jì)的測(cè)量原理與孔板流量計(jì)相同，其流量計(jì)算公式也與孔板流量計(jì)相似，即：式中CV——文丘里流量計(jì)的流量系數(shù)（約為0.98～0.99）；

A0——喉管處截面積，m2。2023/8/23、文丘里流量計(jì)的流量計(jì)算由于文2023/9/42023/8/22023/9/4一體化文丘里流量計(jì)2023/8/2一體化文丘里流量計(jì)2023/9/43、文氏流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)【優(yōu)點(diǎn)】阻力損失小，大多數(shù)用于低壓氣體輸送中的測(cè)量；

【缺點(diǎn)】加工精度要求較高，造價(jià)較高，并且在安裝時(shí)流量計(jì)本身占據(jù)較長(zhǎng)的管長(zhǎng)位置。2023/8/23、文氏流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)【優(yōu)點(diǎn)】阻力損失小，大2023/9/4文丘里除塵器【說明】洗滌液（水）從喉管加入時(shí)，氣液兩相間相對(duì)流速很大，液滴在高速氣流下霧化，塵粒被水濕潤(rùn)。塵粒與液滴或塵粒與塵粒之間發(fā)生激烈碰撞和凝聚。在擴(kuò)散管中，氣流速度減小，壓力回升，以塵粒為凝結(jié)核的凝聚作用加快，凝聚成粒徑較大的塵粒，而易于被捕集。2023/8/2文丘里除塵器【說明】洗滌液（水）從喉管加入時(shí)2023/9/4文丘里除塵器2023/8/2文丘里除塵器2023/9/4文丘里除塵器2023/8/2文丘里除塵器2023/9/4鍋爐脫硫除塵工藝流程圖2023/8/2鍋爐脫硫除塵工藝流程圖2023/9/42023/8/22023/9/41、轉(zhuǎn)子流量計(jì)的結(jié)構(gòu)（1）金屬外殼；（2）上粗下細(xì)的錐形玻璃管（錐角約在4°左右）；（3）固體轉(zhuǎn)子（或稱浮子）；（4）流體自玻璃管底部流入，經(jīng)過轉(zhuǎn)子和管壁之間的環(huán)隙，再從頂部流出。四、轉(zhuǎn)子流量計(jì)2023/8/21、轉(zhuǎn)子流量計(jì)的結(jié)構(gòu)（1）金屬外殼；四、轉(zhuǎn)子2023/9/4轉(zhuǎn)子流量計(jì)實(shí)物圖2023/8/2轉(zhuǎn)子流量計(jì)實(shí)物圖2023/9/4轉(zhuǎn)子流量計(jì)實(shí)物圖2023/8/2轉(zhuǎn)子流量計(jì)實(shí)物圖2023/9/42、轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作原理（1）當(dāng)被測(cè)流體以一定的流量流經(jīng)轉(zhuǎn)子與管壁之間的環(huán)隙時(shí)，在轉(zhuǎn)子上、下端面形成一個(gè)壓差，將轉(zhuǎn)子托起，使轉(zhuǎn)子上浮。當(dāng)三個(gè)力平衡時(shí)，轉(zhuǎn)子的位置不動(dòng)。（2）當(dāng)流速增大時(shí)，壓差變大，平衡破壞，轉(zhuǎn)子位置上升；（3）轉(zhuǎn)子停留的位置可確定流量的大小。2023/8/22、轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作原理（1）當(dāng)被測(cè)流體以一2023/9/43、轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量方程

轉(zhuǎn)子共受到三個(gè)力：重力（向下）、壓力（向上）、浮力（向上）。當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)時(shí)，三個(gè)力平衡，即：由此可推得轉(zhuǎn)子流量計(jì)的體積流量為：AR——轉(zhuǎn)子上端面處環(huán)隙面積CR——轉(zhuǎn)子流量系數(shù)0′1′102023/8/23、轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量方程轉(zhuǎn)子共受到三個(gè)力：2023/9/44、流量的測(cè)定【原理】由于流量（qv）與環(huán)隙面積（AR）有關(guān)，在圓錐形筒與浮子的尺寸固定時(shí)，環(huán)隙面積AR決定于浮子在筒內(nèi)的位置，因此，轉(zhuǎn)子流量一般都以轉(zhuǎn)子的停留位置來指示流量?！咀x數(shù)】轉(zhuǎn)子流量計(jì)玻璃管外表面上刻有流量值，根據(jù)轉(zhuǎn)子平衡時(shí)其上端平面（最大截面）所處的位置，即可讀取相應(yīng)的流量。2023/8/24、流量的測(cè)定【原理】由于流量（qv）與環(huán)隙2023/9/45、轉(zhuǎn)子流量計(jì)的標(biāo)定與刻度換算

轉(zhuǎn)子流量計(jì)上的刻度，是在出廠前用某種流體進(jìn)行標(biāo)定的。

①液體流量計(jì)用20℃的水（密度約為1000kg/m3）標(biāo)定；②氣體流量計(jì)用20℃和101.3kPa下的空氣（密度為1.2kg/m3）標(biāo)定。（1）標(biāo)定2023/8/25、轉(zhuǎn)子流量計(jì)的標(biāo)定與刻度換算轉(zhuǎn)子流2023/9/4轉(zhuǎn)子流量計(jì)的標(biāo)定孔板流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)2023/8/2轉(zhuǎn)子流量計(jì)的標(biāo)定孔板流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)2023/9/4當(dāng)被測(cè)流體與標(biāo)定條件不符時(shí)，應(yīng)進(jìn)行刻度換算。假定CR相同，在同一刻度下，有：式中下標(biāo)1表示標(biāo)定流體的參數(shù)；下標(biāo)2表示實(shí)際被測(cè)流體的參數(shù)。

（2）換算2023/8/2當(dāng)被測(cè)流體與標(biāo)定條件不符時(shí)，應(yīng)進(jìn)行刻度換2023/9/46、轉(zhuǎn)子流量計(jì)的安裝與特點(diǎn)（1）轉(zhuǎn)子流量計(jì)必須垂直安裝在管路上；（2）為便于檢修，應(yīng)設(shè)置如圖所示的支路。

（1）轉(zhuǎn)子流量計(jì)的安裝2023/8/26、轉(zhuǎn)子流量計(jì)的安裝與特點(diǎn)（1）轉(zhuǎn)子流量計(jì)必2023/9/4【優(yōu)點(diǎn)】轉(zhuǎn)子