第六节 流量测量流体的流量是化工生产过程中的重要参数之一，为了掌握生产过程能定态进展，就必需常常了解操作条件，如压强、流量等，并加以调整和掌握进展科学试验时，也往往需要准确测定流体的流量测量流量的仪表是多种多样的，下面仅介绍几种依据流体流淌时各种机械能相互转换关系而设计的流速计与流量计一、测速管图 1-31 测速管1 一静压管 2 一冲压管测速管又称皮托(Pitot)管，如图 1—31 所示它是由两根弯成直角的同心套管所组成，管的管口是封闭的，在外管前端壁面四周开有假设干测压小孔，为了减小误差，测速管的前端常常做成半球形以削减涡流测量时，测速管可以放在管截面的任一位置上，并使其管口正对着管道中流体的流淌方向，外管与内管的末端分别与液柱压差计的两臂相连接依据上述状况，测速管的内管测得的为管口所在位置的局部流体动能 u 2/2 与静r压能 p/ r 之和，合称为冲压能，即h = u 2/2+ p/ rA rr式中 u —流体在测量点处的局部流速测速管的外管前端壁面四周的测压孔口与管道中流体的流淌方向相平行，故测得的是流体的静压能 p/ r ，即h =hA A-h = u 2/2 B r测量点处的冲压能与静压能之差D h 为D h = h-h = u 2/2A B r于是测量点处局部流速为2 D hu =r(1—64)式中△h 值由液柱压差计的读数 R 来确定。
△h 与 R 的关系式随所用的液柱压差计的形式而异，可依据流体静力学根本方程式进展推导 ‘测速管只能测出流体在管道截面上某一点处的局部流速欲得到管截面上的平均流速，可将测速管口置于管道的中心线上，以测量流体的最大流速 u用图 1—19 的，然后利maxu/umax与按最大流速计算的雷诺准数 Remax的关系曲线，计算管截面的平均流速 u图中的 Remax=dumaxr / m ，d 为管道内径 ·这里应留意，图 1—19 所表示的 u/u现的max与 Remax的关系，是在经过稳定段之后才出因此用测速管测量流速时，测量点应在稳定段以后一般要求测速管的外管直径不大于管道内径的 1／50测速管的制造精度影响测量的准确度，故严格说来式 1—64 的等号右边应乘以一校正系数 C，即2 D hru = (1-64a)对于标准的测速管，C=1；通常取 C=0.98～1.00可见 C 值很接近于 1，故实际使用时常常也可不进展校正测速管的优点是对流体的阻力较小，适用于测量大直径管路中的气体流速测速管不能直接测出平均流速，且读数较小，常需配用微差压差计当流体中含有固体杂质时，会将测压孔堵塞，故不宜承受测速管。
[例 1-25] 在内径为 300mm 的管道中，以测速管测量管内空气的流量测量点处的温度为 200C，真空度为 490Pa，大气压强为 98.66X103pa测速管插至管道的中心线处测压装置为微差压差计，指示液是油和水，其密度分别为835kg／m3 和 998kg／m3，测得的读数为 80mm试求空气的质量流量(以每小时计)解：(1)管中心处空气的最大流速 依据式 1-64 知，管中心处的流速为2 D hu r = u max =r A 和r B 分别表示水和油的密度，对于微差压差计，上式中D h 为D h =gR ( r - r )A Br2 gR ( r - r )A Brh =所以 max(a)式中r 为空气的密度，可依据测量点处温度和压强进展计算空气在测量点处的压强=98 660—490=98 170Pa，则r = 29 * 273 * 98170 22 .4273 + 20101330 =1.17kg／m32 * 9 .81 * 0 .08 (998 - 835 )1 .17将值代人式 a，得u max==14.8m／s(2) 测量点处管截面的空气平均速度 由本教材附录六查得 20℃时空气的粘度为 1.81X10—5Pa·s。
按最大速度计的雷诺准数 Re 为maxRemax=du rmaxm= 0 .3 * 14 .8 * 1 .171 .81 * 10 - 5= 2 .87 * 10 - 5由图 1—19 查得，当 Remax=2.87Xl05 时，u/umax=0.84，故空气的平均流速为u=0.84u=0.84X14.8=12.4 m ／smax(3) 空气的质量流量p d 2u r pw =3600X 4 =3600* 4 *0.32*12.4*1.17=3692kg/hh二、孔板流量计在管道里插入一片与管轴垂直并带有通常为圆孔的金属板，孔的中心位于管道的中心线上，如图 1—32 所示这样构成的装置，称为孔板流量计孔板称为节流元件图 1-32 孔板流量计当流体流过小孔以后，由于惯性作用，流淌截面并不马上扩大到与管截面相等， 而是连续收缩肯定距离后才渐渐扩大到整个管截面流淌截面最小处(如图中截面 2—2，)称为缩脉流体在缩脉处的流速最高，即动能最大，而相应的静压强就最低因此，当流体以肯定的流量流经小孔时，就产生肯定的压强差，流量愈大，所产生的压强差也就愈大所以利用 测量压强差的方法来度量流体流量。
设不行压缩流体在水平管内流淌，取孔板上游流体流淌截面尚未收缩处为截面 1—1，，下游截面应取在缩脉处，以便测得最大的压强差读数，但由于缩脉的位置及其截面积难以确定，故以孔板处为下游截面 o—o，在截面 1—1，与 o—o，间列柏努利方程式，并临时略去两截面间的能量损失，得 .u 2 p0 0u 2 p1 1gZ + 2 + r = gZ0 1+ 2 + r对于水平管，Z2( p - p )1 or1=Z ，简化上式并整理后得ou 2 - u 2 =o 1(1-65)推导上式时，临时略去两截面间的能量损失实际上，流体流经孔板的能量损失不能无视，故式 1-65 应引进一校正系数 C ，用来校正因无视能量损失所引起的12 ( p - p )1 or误差，即u 2 - uo 12 = C1(1-65a)此外，由于孔板的厚度很小，如标准孔板的厚度≤0.05d ，而测压孔的直径奉l0.08d ，一般为 6～12mm，所以不能把下游测压口正好装在孔板上比较常用的1一种方法是把上、下游两个测压口装在紧靠着孔板前后的位置上，如图 1-32 所示这种测压方法称为角接取压法，所测出的压强差便与式 1-65a 中的(p —p )1 o有区分。
假设以(p —p )表示角接取压法所测得的孔板前后的压强差，并以其代替a b式中的(p —p )，则又应引进一校正系数 C ，用来校正上、下游测压口的位置，1 o 22 ( p - p )1 or于是式 1—65a 可写成u 2 - uo 12 = C C1 2(1-65b)以 A 、A 分别代表管道与孑 L 板小孔的截面积，依据连续性方程式，对不行压缩流体则有 u11A =ul ooA ，则ou 2 = u 2 ( Ao ) 21 o A1以上式代人 1-65b，并整理得C C1 22 ( p - p )1o1 - (AAro ) 2u =o1C C1 21 - ( AAo ) 21C =o2 ( p - p )1 or令u = C则 o o(1-66)式 1-66 就是用孔板前后压强的变化来计算孔板小孔流速 uo的公式假设以体积或质量流量表达，则为V = A us o o= C Ao o(1-67)2 ( p - p )1 or2 r ( p - p )a bws=A Ao u o r = C o Ao(1—68)上列各式中(p -p )可由孔板前、后测压口所连接的压差计测得。
假设承受的是 Ua b管压差计，其上读数为 R，指示液的密度为r A，则pa-pb =gR( r A - r )所以式 1—67 及 1—68 又可写成2 gR ( r - r )A orV = C As o o2 gR r ( r - r )ws= C o Ao A o(1-67a)(1—68a)各式中的 Co为流量系数或孔流系数，无因次由以上各式的推导过程中可以看出：(1) C与 C1有关，故 Co与流体流经孔板的能量损失有关，即与 Re 准数有关2) 不同的取压法得出不同的 C2，所以C与取压法有关3)C与面积比 A ／A有关o o 1图 1-33 孔板流量计的C 与 Re,A ／A的关系曲线o o 1C 与这些变量间的关系由试验测定用角接取压法安装的孔板流量计，其 C与od u r1 1Re、 A／A，的关系如图 1—33 所示图中的 Re 准数为 m ，其中的 d 与1u 是管道内径和流体在管道内的平均流速由图可见，对于某一 A／A1 1值，当Re 值超过某一限度值 Rec时，Co就不再转变而为定值流量计所测的流量范围，最好是落在 C 为定值的区域里，这时流量 V ，(或 w )便与压强差(p -p )(或压差o s s a b计读数 R)的平方根成正比。
设计适宜的孔板流量计，其 Co值为 0.6～0.7用式 1—67 与 1-68 计算流体的流量时，必需先确定流量系数 C的数值，但是 C与 Re 有关，而管道中的流体流速 u1又为未知，故无法计算 Re 值在这种状况，可承受试差法， 即先假设 Re 值大于限度值 Re ，由 A／A 的值从图 1-33c中查的 C ，然后依据式 1-67 与 1-68 计算出流体的流量 Vo s1或 w 。