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1、流体计量与流动显示技术读书报告流体计量与流动显示技术课程主要包括两方面内容，流体计量与流动显示。 课程主要介绍了流体计量与流体显示相关技术的原理和实现方式等，对用到的相 关领域的知识也进行了介绍。本文主要结合课程内容以及查阅的相关资料对这两 方面知识进行概括总结，一、流体计量流体计量是对流体进行准确测量的科学，是计量科学技术的组成部分之一， 其目的是保障流体量值的准确一致。流量计是流体计量的一个重要组成部分。根据原理进行分类，流量计可以分 为以下几类。1. 差压式流量计差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压、已知的流体条件 和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。差压式流量计是应
2、用最广泛的流 量计，在各类流量仪表中其使用量占首位。近年来，由于各种新型流量计的问世， 其使用量百分数逐渐下降，但目前仍是最重要的一类流量计。优点：（1）应用最多的孔板式流量计结构牢固，性能稳定可靠，使用寿命 长；（2）应用范围广泛，至今尚无任何一类流量计可与之相比；（3）检测件、 变送器、显示仪表分别由不同厂家生产，便于规模生产。缺点：（1）测量精度普遍偏低；（2）范围度窄，一般仅3： 14： 1；（3）现场安装条件要求高；（ 4）压损大（指孔板、喷嘴等）。2. 浮子流量计浮子流量计又称转子流量计，是变面积式流量计的一种，在一根由下向上扩 大的垂直锥管中，圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承
3、受的，从而使浮子可 以在锥管内自由地上升或下降。特别是在小、微流量方面有举足轻重的作用。特点：（1）优点是玻璃锥管浮子流量计结构简单，使用方便；缺点是耐压 低，有玻璃管较易碎的风险；（ 2）适用于小管径和低流速；（ 3）压力损失较低。3. 容积式流量计容积式流量计又称定排量流量计，简称PD流量计，在流量仪表中是精度最高 的一类。它利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根 据测量室逐次重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流体体积总量。容积式流量计按其测量元件可分为椭圆齿轮流量计、刮板流量计、双转子流 量计、旋转活塞流量计、往复活塞流量计、圆盘流量计、液封转筒式流量计、湿
4、 式气量计及膜式气量计等。优点：（1）计量精度高；（2）安装管道条件对计量精度没有影响；（3） 可用于高黏度液体的测量；（4）范围度宽；（5）直读式仪表无须外部能源即可 直接获得累计总量，清晰明了，操作简便。缺点：（1）结构复杂，体积庞大；（2）被测介质种类、口径、介质工作状 态局限性较大；（3）不适用于高、低温场合；（4）大部分仪表只适用于洁净单 相流体；（5）产生噪声及振动。4. 涡轮流量计 涡轮流量计是速度式流量计中的主要种类，它采用多叶片的转子（涡轮）感受流体平均流速，从而推导出流量或总量的仪表。它由传感器和显示仪两部分组 成，也可做成整体式。涡轮流量计和容积式流量计、科里奥利质量流量
5、计称为流量计中三类重复性 及精度最佳的产品，作为十大类型流量计之一，已具有多品种、多系列、批量生 产的规模。优点：（1）在所有流量计中最精确；（2）重复性好；（3）无零点漂移， 抗干扰能力强；（4）范围度宽；（5）结构紧凑。缺点：（1）不能长期保持校准特性；（2）流体物性对流量特性有较大影响。 涡轮流量计在石油、有机液体、无机液、液化气、天然气和低温流体的测量上获 得广泛应用。5. 电磁流量计 电磁流量计具有一系列优良特性，可以解决其它流量计不易解决的问题，如脏污流、腐蚀流的测量。上世纪七八十年代电磁流量计在技术上取得了重大突破， 使它成为应用广泛的一类流量计，使用率不断上升。优点：（1）测量
6、通道是段光滑直管，不会阻塞，适用于测量含固体颗粒的 液固二相流体，如纸浆、泥浆、污水等：（2）不产生流量检测所造成的压力损 失，节能效果好；（3）所测得体积流量实际上不受流体密度、黏度、温度、压 力和电导率变化的明显影响；（4）流量范围大，口径范围宽；（5）可应用于腐 蚀性流体。缺点：（1）不能测量电导率很低的液体，如石油制品；（2）不能测量气体、 蒸汽和含有较大气泡的液体；（3）不能用于较高温度。6. 涡街流量计涡街流量计是在流体中安放一根非流线型游涡发生体，流体在发生体两侧交 替地分离释放出两串规则地交错排列的游涡的仪表。按频率检出方式可分为应力 式、应变式、电容式、热敏式、振动体式、光电
7、式及超声式等，它们是最年轻的 一类流量计，但发展迅速，目前已成为通用的一类流量计。优点：（1）结构简单牢固；（2）适用流体种类多；（3）精度较高；（4） 范围度宽；（5）压损小。缺点：（1）不适用于低雷诺数测量；（2）需较长直管段；（3）仪表系数 较低（与涡轮流量计相比）；（4）仪表在脉动流、多相流中尚缺乏应用经验。7. 超声流量计超声流量计和电磁流量计一样，因仪表流通通道未设置任何阻碍件，均属无 阻碍流量计，是适于解决流量测量困难问题的一类流量计，特别在大口径流量测 量方面有较突出的优点，是近年来发展迅速的一类流量计之一。优点：（1）可做非接触式测量；（2）无流动阻挠测量！无压力损失；（3）
8、 可测量非导电性液体，对无阻挠测量的电磁流量计是一种补充。缺点：（1）传播时间法超声流量计只能用于清洁液体和气体；而多普勒法 超声流量计只能用于测量含有一定量悬浮颗粒和气泡的液体；（2）多普勒法超 声流量计测量精度不高。二、流动显示流动显示与测量技术是流体力学的重要组成部分，是发现新的流动现象、探 索流动机理、测量复杂流动和分析其绕流特性的重要手段，在工程上也有重要的 实用价值。传统的流动显示技术大致可分为以下10类：染色线法，烟线法，氢气 泡法，油流法，丝线流动法，升华法，液晶法，阴影法，纹影法， 干涉法。其特点如下:是近代流体力学和空气动力学的发展产物，只能测量一维， 最多二维的流场，基本
9、不适合时变非定常流场的测量，定性测量为主，误差 大，每种测量技术的适用范围受很大限制。新一代的流动显示技术大约有以下4类：粒子图像测速(Particle Image Velocimetry，PIV)，激光诱导荧光(Laser-induced Fluorescence ,LIF)， 激光分子测速(Laser Molecular Velocimetry, LMV)，压敏涂层测压(Pressure Sensitive Press,PSP) 。其特点如下：是计算机技术、激光技术、电子技术、信息处理技术的高速 发展出融合，兼有定性和写量两重优点，实现对非定常复杂流动的空间结构 的瞬态显示和测量，通用性强
10、，适用范围广。粒子图像测试技术简称PIV技术，是通过采集粒子图像，利用自相关或互相 关算法对粒子图像进行处理、计算而获取速度场的测量方法。它是一种瞬态、非 接触式、整场定量测速技术，克服了热线、LDV等只能单点测量的局限，是迄今 为止能实现全场速度测量并具备相当精度的有效测速方法。PIV技术的发展为其 它相关科学领域的探索提供了技术条件。现在PIV技术凭借其获取全场信息的优 势已经广泛应用于空气动力学、生物学、航空航天技术、燃烧爆炸学、多相流、 微流体和微系统等诸多研究领域，PIV也因此得到更加广泛的关注和研究。最初， 由于图像采集、图像处理和计算机技术水平的限制，完成一次成功的PIV实验最
11、快也要花上三天时间。近二十年来，图像视频技术和计算机技术的迅速发展有力 地推动了PIV技术革新和完善，现有的PIV技术已经可以达到在线检测的要求：普 通的PIN图像采集频率可以在十到几十赫兹，高速PIV则可达数千赫兹，单幅数据 的处理速度也从最初的24到48小时提高到几秒：现在完成一次常规的PIN实验单 次获取的有效实验数据可达干亿级；标准的二维PIN测速可以在小于200： 1的测 速范围内获取约300X300的速度矢量。大量的关于PIV技术发展回顾的文献表明PIV技术是一种成熟并被广泛接受 和认可的流场测速技术。尽管如此，仍有许多工程和科学领域有待PIV技术的应 用，如生物学等。上文所述的P
12、IN测速特点使其非常适合用来研究现实自然环境 和生产环境中广泛存在的湍流，这也是越来越多的工程和科学研究人员关注PIV 技术发展的重要原因。三、学习体会在这门课程中不仅学到了很多流体计量与流动显示方面的知识，另外对与此 相关的知识，如流体仿真、核磁共振等，也有了一定的了解。让我从最开始只是 对流体动力学有一个基本的认识，到现在了解到了应用流体动力学的相关知识来 测量流体的相关参数和分析流场的动态性，这对于我来说是一个很大进步。开阔 了视野，为以后分析相关的问题提供的一定的帮助。最后，对于课程提一点意见，希望老师能够增加课堂的互动，而不仅仅是老 师认真讲学生静静听，可以让学生也介绍一下自己接触到的了解到课程相关的知 识，跟大家一起分享。另外，老师可以考虑让对这方面有兴趣的同学到实验室去 做一下实验或观察一下实验现象，对课堂上讲的知识有更直观的认识。
