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1、1.7 流速和流量的测定,1.7.1 毕托管 1.7.2 孔板流量计 1.7.3 文丘里流量计 1.7.4 转子流量计,流速和流量的测定,化工中流量测定的方法很多，原理各不相同。常见的流量计有涡轮流量计、毕托管、孔板流量计，文丘里流量计和转子流量计。 本节以流体运动的守恒原理为基础的三种测定装置的工作原理。,毕托管的测速原理,毕托管又称测速管，如图所示。 考察从图中A点到B点的流线，由于B点的速度为零，B点的总势能等于A点的势能与动能之和。B点称为驻点，利用驻点B与A点的势能差可以测得管中的流速。在A、B两点间列机械能衡算式,1.7.1 毕托管,毕托管的测速原理-能量衡算,测速管安装在管路中，
2、A、B两点在同一水平内，于是,1.7.1 毕托管,测速管测量的是点速度，可以测出截面的速度分布，进行积分，计算平均速度。 应用时测出管内最大流速，查图，求出管内的平均流速。,毕托管的安装,实际毕托管为右图的形式。安装有以于要求。 （1）保证测量点位于均匀流段。测量点的上、下游有50d以上的直管长度，至少有（810）d。 （2）保证毕托管口截面严格垂直于流动方向，任何偏离降低实际流速。 （3）毕托管直径d0小于管径d的1/50。,1.7.1 毕托管,解： 50空气的密度为=1.14 kg/m3,空气流经直径为300 mm的管道，管中心放置毕托管测量其流量。已知压差计读数R为15 mm（指示液为水
3、），测得点表压为4 kPa，试计算管道中空气的质量流量。,例1 11,Remax = dumax/ = 0.31.011.14/1.9610-3 = 2.8105 查得 u/umax为0.82 则 u = 0.8216.1=13.2m/s 质量流量为 qm =d2u/4 =0.7850.3213.21.14 =1.06kg/s,1、孔板流量计结构,1.7.2 孔板流量计,2、测量原理,原理：流体通过孔口时，由于流道截面积突然缩小，流速增大，使流体动能增加，静压能减小。在孔板前后产生压强差，根据U形压强计测出压差，求出管道中流体的流量。 缩脉：由于流体流动的惯性，流动截面的收缩影响会波及到孔板上
4、、下游地区，流体流过孔板以后还会继续收缩，直到孔板下游某处，这里流道截面最小，称为缩脉。 缩脉离孔口的距离与流体的流动的Re有关，还和孔与管道截面积的比值有关。,1.7.2 孔板流量计,3、孔板流量计流量的计算式推导,工作原理可用能量衡算方程推导。取上游流体截面尚未收缩处为1-1，缩脉处为2-2截面，在两截面间列柏努利方程，不考虑能量损失，则有：,1.7.2 孔板流量计,（水平管道）,可得,根据流体连续性方程： u1A1 = u2A2 ，代入式得：,1.7.2 孔板流量计,考虑流体通过孔板时的能量损失，缩脉处A2和u2难以确定，孔口的截面积A0已知，以A0代替A2，以孔口处的压强p0和流速u0
5、代替p2和u2，则上式为：,C1-校正系数,实际连接U形管压强计两测压孔不在1-1截面和孔口处，而是紧靠孔板前后的位置上。U形管压强计测出的压强差不是(p1-p0)，而是紧靠孔板前后的压强差，以(pa-pb)表示。这样引入一校正系数C2，上式即为：,1.7.2 孔板流量计,A0、A1、C1、C2是常数,根据u0即可计算流体的流量： C0称为流量系数。C0与面积比、阻力损失、孔口形态、测压方式、加工光洁度、孔板厚度、管壁粗糙度和雷诺准数Re有关。 只有在C0确定的情况下，才能计算出实际的流量。,若用U形压强计测定孔板前后的压差，压强计的读数为R，则，pa-pb=gR(i-)，代入得,1.7.2
6、孔板流量计,4、流量系数C0,C0的数值通过实验测得。对于测压方式、加工状况、结构尺寸等已定的标准孔板，C0是雷诺数Re与面积比m的函数。 实验测得的C0见图。当Re增大到一定值后，C0不再随Re而变化。实际测量流量时，Re就应在这一范围。 流量系数C0的范围一般在0.60.7之间。,1.7.2 孔板流量计,5、孔板流量计的特点,结构简单，制造容易，安装方便，得到广泛的使用。 不足之处在于局部阻力较大，孔口边缘容易被流体腐蚀或磨损，因此要定期进行校正，同时流量较小时难以测定。 为恒截面变压差流量计。,1.7.2 孔板流量计,6、孔板流量计的安装和阻力损失,孔板流量计安装时，在上游和下游必须分别
7、有(1540)d和(510)d的直管距离。 孔板流量计的缺点是阻力损失比较大、不能测量小流量的流体。孔板流量计的阻力损失可以通过下式来计算。,1.7.2 孔板流量计,值一般在0.8左右,1.7.3 文丘里流量计,孔板流量计能耗过多是不合理的。只要改变流道的突然扩大和突然缩小，就可以降低阻力损失。文丘里流量计就是根据这一原理设计。 为了避免流量计长度过长，通常采用收缩角大于扩张角。收缩角一般为1525，扩张角一般为57。文丘里管的流量系数CV约为0.980.99。,文丘里流量计,阻力损失为 文丘里流量计流量与测压计读数间的关系为：,1.7.3 文丘里流量计,CV流量系数,例1-12 孔板流量计的
8、设计计算,用15945 mm的钢管输送20 的水，已知流量范围为50200 m3/h。指示液为水银，读数误差为1 mm。试设计一流量计，要求读数误差小于5 %，阻力损失尽可能小。 解：已知 d=0.15 m，=0.001 Pas，=1000 kg/m3，i=13600 kg/m3 qVmin = 50/3600 = 0.014 m3/s qVmax = 200/3600 = 0.056 m3/s,umin = qVmin / A=0.0144/0.152 =0.793 Remin = dumin / = 0.1510000.793/0.001=11800 设m=0.3，查得C0=0.632 d
9、0=0.31/20.15=0.082m 最大流量时的读数为 将各数据代入求出Rmax为1m,由于求出的读数太大，即m值大小，再m为0.5，采用上述相同的方法分别求出各值为 m = 0.5，查图1-48得C0=0.695， d0=0.51/20.15=0.106 m A0=0.00883 m2 Rmax=0.021 m 计算结果是合适的。,1.7.4 转子流量计-转子流量计结构,转子流量计应用很广，结构如图。 结构主体是一微带锥形的玻璃管，锥角约为4左右。 管内有一直径略小于玻璃管的转子，形成一个截面积较少的环隙。 转子由不同材料制成各种形状，转子的密度必须大于流体的密度。,工作原理,玻璃管内无
10、流体通过时，转子将沉在管底部；流体以一定流量通过流量计时，转子浮起，流体在环隙中流过，转子上下端形成一个压力差。转子浮到一定高度，转子上下端形成一个压力恰好等于转子的重量，转子不再上升，悬浮在该高度，不再变化。 无论流量增加或减少，转子上下端的压力差发生变化，原来的受力平衡打破，转子将上升或下降至新的高度，达到新的平衡。,1.7.4 转子流量计,转子流量计流量计算公式的推导,同时在截面1和截面2之间列机械能衡算式（阻力损失先不考虑）：,1.7.4 转子流量计,当转子处于平衡位置，流体作用于转子的力等于转子的重力，即,即,转子流量计流量计算公式的推导,位能相差很小，可忽略。u0和u1用连续性方程
11、进行转化 u1u0A0/A1,1.7.4 转子流量计,上式各项乘以转子截面积Af,即,转化为,转子流量计流量计算公式的推导,用校正系数CR考虑转子的形状和阻力损失等因素。 CR与Re有关。实际使用时，保证在较小的Re数时出现高度湍流，使CR为常数。,1.7.4 转子流量计,转子流量计的体积流量为,转子流量计的特点恒流速、恒压差、变截面,转子流量计结构与流体已确定，Vf、Af、f、为常数，当Re较大时，CR为常数。即不管流量大小，环隙速度u0为一常数。 转子流量计上下端的压差恒定，阻力损失不随流量变化。 特点：测量范围广，压力高、流量大不能测量。 永久压降的计算式为,1.7.4 转子流量计,转子
12、流量计的刻度,转子流量计的流量与环隙面积有关，与其它无关，流量的大小只与玻璃管的形状有关。 玻璃管是一个锥体，环隙面积与锥体的高度成正比，即转子流量计的流量与玻璃管的高度成正比，同时转子流量计的刻度是均匀的。 转子流量计在出厂前都是用20 的水或20 、101.3 kPa的空气进行标定，将流量的值刻在玻璃管上。,1.7.4 转子流量计,转子流量计的换算,当被测条件与标定条件不相同，在同一刻度的值也将发生变化，刻度必须换算。,1.7.4 转子流量计,A为水或空气的标准体积流量、质量流量和密度 B为被测液体或气体的体积流量、质量流量和密度,例1-13 转子流量计刻度换算,某转子流量计的转子为不锈钢 （钢=7920 kg/m3），水的流量刻度范围为 2502500 L/h，将转子改为硬铅 （铅=10670 kg/m3 ），转子形状大小不变，用来测量密度为800 kg/m3的流体。问转子流量计实际的最大流量为多少。,解：,则可测液体的最大流量为 qV液 = 1.342500=3360L/h,
