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1、层流层流 和和 紊流紊流 流体在细管中的流动形式可分为层流和流体在细管中的流动形式可分为层流和紊流两种。紊流两种。 所谓所谓层流层流(laminar flow)就是流体在细就是流体在细管中流动的管中流动的流线平行于管轴流线平行于管轴时的流动。时的流动。 所谓所谓紊流紊流(turbulent flow)就是流体在就是流体在细管中流动的细管中流动的流线相对混乱流线相对混乱的流动。的流动。 雷诺数雷诺数是表征流体惯性力与黏性力之比是表征流体惯性力与黏性力之比的无量纲量，利用雷诺数可以判断流动的形的无量纲量，利用雷诺数可以判断流动的形式。如果雷诺数小于某一值时，可判断为层式。如果雷诺数小于某一值时，可
2、判断为层流，而大于此值时则判断为紊流。流，而大于此值时则判断为紊流。在层流流动状态下，流速分在层流流动状态下，流速分布是以管轴为中心线的布是以管轴为中心线的轴对轴对称抛物线称抛物线分布。分布。在紊流流动状态下，管内在紊流流动状态下，管内流速同样是以管中心线轴流速同样是以管中心线轴对称的分布，但是其分布对称的分布，但是其分布呈呈指数曲线指数曲线形式。形式。4-1 4-1 概述概述流量（瞬时流量）流量（瞬时流量） 体积流量体积流量qv （m3/s） 质量流量质量流量qm（kg/s）累积流量累积流量 一、基本概念一、基本概念qm=qvl速度式：速度式：涡轮式涡轮式 涡街式涡街式 电磁式电磁式 超声波
3、式超声波式l容积式：容积式：椭圆齿轮式椭圆齿轮式 腰轮式腰轮式 刮板式刮板式 l其它：其它： 热式热式 质量式质量式(科氏力科氏力)二、流量测量的主要方法和分类二、流量测量的主要方法和分类 节流变压降式：节流变压降式：孔板孔板 喷嘴喷嘴l差压式差压式 动压管式：动压管式：毕托管毕托管 均速管均速管 节流变截面节流变截面( (阻力式阻力式) )：浮子浮子 靶式靶式电磁流量计电磁流量计涡街流量计涡街流量计超声波流量计超声波流量计质量流量计质量流量计转子流量计转子流量计涡轮流量计涡轮流量计4-4-2 2 差压式流量测量差压式流量测量一、节流变压降式流量计一、节流变压降式流量计二、标准节流装置二、标准
4、节流装置三、其他差压式流量计三、其他差压式流量计 一、节流变压降式流量计一、节流变压降式流量计n节流测量原理节流测量原理：流体流过阻力件流体流过阻力件(节流件节流件)因流束因流束的收缩而造成压力变化。的收缩而造成压力变化。对于一定形状和尺寸的阻力件，一定的测压位置和前后对于一定形状和尺寸的阻力件，一定的测压位置和前后直管段，在一定的流体参数情况下，直管段，在一定的流体参数情况下，阻力件前后的差压阻力件前后的差压与与体积流量体积流量之间有一定的函数关系。之间有一定的函数关系。1：节流装置：节流装置2：压力信号传送管路：压力信号传送管路3：差压仪表：差压仪表设流流经水平管道的流体水平管道的流体为不
5、可不可压缩性流体，并忽略流性流体，并忽略流动阻力阻力损失，失，对截面截面1、2写出下列伯努利方程和流体的写出下列伯努利方程和流体的连续性方程：性方程：流体流经截面流体流经截面2的体积流量为：的体积流量为：n流量公式流量公式 （流量与差压之间的关系式）（流量与差压之间的关系式）教材教材7575页公式页公式(4-7)(4-7)与与(4-8)(4-8)有误？有误？联立求解，可得体积流量：联立求解，可得体积流量：注意：注意： 要测出截面要测出截面2处的静压力处的静压力p2和和d是很困难的；是很困难的； d是最小流束的截面直径；是最小流束的截面直径； 没有考虑流动过程中的压力损失，而实际流量小于理论值。
6、没有考虑流动过程中的压力损失，而实际流量小于理论值。流出系数流出系数C和流量系数和流量系数值一般由实验决定，值一般由实验决定，影响影响因素有：因素有：节流件的形式、节流件的形式、值、雷诺数、值、雷诺数、 管道粗糙度及取压方式等。管道粗糙度及取压方式等。修正后的流量公式：修正后的流量公式：流量系数流量系数直径比直径比可压缩流体的流量公式：可压缩流体的流量公式：节流件前的流体密度节流件前的流体密度流束膨胀系数流束膨胀系数n流量测量的温度压力补偿流量测量的温度压力补偿（为什么？）（为什么？）二、标准节流装置二、标准节流装置n流体和管道条件流体和管道条件: : 只适用于测量圆形截面管道中的单相、只适用
7、于测量圆形截面管道中的单相、均质流体的流量，流体流经节流件前应均质流体的流量，流体流经节流件前应达到充分紊流，流速为亚音速。达到充分紊流，流速为亚音速。n组组 成成：标准节流件取压装置直管段：标准节流件取压装置直管段1上游侧第二个局部阻力件；上游侧第二个局部阻力件；2上游侧第一个局部阻力件上游侧第一个局部阻力件3节流件；节流件；4下游侧第一个局部阻力件下游侧第一个局部阻力件1标准节流件标准节流件n标准孔板标准孔板 n标准喷嘴标准喷嘴n标准孔板标准孔板E=0.020.05De=0.0050.02Dd=12.5mmn标准喷嘴标准喷嘴 圆弧形的收缩部分和圆筒形的喉部组成 (a) 高比值高比值 (0.
8、250.8) (b) 低比值低比值 (0.20.5)长径喷嘴长径喷嘴 n标准孔板和标准喷嘴性能比较标准孔板和标准喷嘴性能比较 ： 1 1）标准孔板比标准喷嘴加工方便、安装）标准孔板比标准喷嘴加工方便、安装容易、省料、造价低；容易、省料、造价低； 2 2）测量高温高压蒸汽或具有腐蚀性流体）测量高温高压蒸汽或具有腐蚀性流体时，喷嘴较孔板合适；时，喷嘴较孔板合适； 3 3）孔板测量误差较喷嘴大，压力损失也）孔板测量误差较喷嘴大，压力损失也比标准喷嘴大。比标准喷嘴大。 n取压方式取压方式 n标准取压装置标准取压装置 1) 角接取压装置角接取压装置 2) 法兰取压装置法兰取压装置 2取压方式和取压装置取
9、压方式和取压装置n取压方式取压方式 D1/2Dn角接取压装置角接取压装置n法兰取压装置法兰取压装置 由局部阻力件形式、节流件类型以及由局部阻力件形式、节流件类型以及直径比决定。直径比决定。3节流件前后的直管段节流件前后的直管段1上游侧第二个局部阻力件；上游侧第二个局部阻力件；2上游侧第一个局部阻力件上游侧第一个局部阻力件3节流件；节流件；4下游侧第一个局部阻力件下游侧第一个局部阻力件n1、下列属于差压式流量测量方法的是( ) A、涡轮流量计 B、节流式流量计 C、超声波流量计 D、刮板流量计B 课堂练习n2、对标准节流装置的直管道长度要求是（ ） A、直管段越长越好 B、直管段越短越好 C、对
10、长度没有特殊的要求 D、由管道上的阻力件形式和值决定Dn3、标准节流装置可以测量( ) A、矩形截面管道中的空气流量 B、圆形截面管道中的混合物的流量 C、圆形截面管道中流动缓慢的水的流量 D、圆形截面管道中充分紊流的液态流体流量D Dn4、正确的流量公式为（ ） A、 B、 C、 D、ACACn5、流体流经节流件时产生压力损失，则与压力损失有关的因素是（ ） A、节流件形式、直径比 B、节流件形式、直径比、流速 C、节流件形式、测量直管段长度 D、节流件形式、测量直管段长度、流速B三、其他差压式流量计三、其他差压式流量计n皮托管（皮托管（p81）n均速管（均速管（p82）n浮子（转子）流量计
11、（浮子（转子）流量计（p84）n靶式流量计（靶式流量计（p116）对于运动流体，根据测量所取的面不同，可分为对于运动流体，根据测量所取的面不同，可分为总压力总压力、静压静压力、动压力力、动压力 静静压压是是指指相相对对于于运运动动坐坐标标上上的的压压力力，它它可可用用与与运运动动方方向向平平行行的的单单位位面面积积的的表表面面力力来来衡衡量量；垂垂直直于于流流体体运运动动方方向向上上单单位位面积上的作用力来衡量面积上的作用力来衡量总总压压是是指指流流体体在在某某点点上上速速度度等等熵熵滞滞止止为为零零时时所所达达到到的的压压力力，又称又称滞止压力滞止压力。动压动压是总压与静压之差。是总压与静压
12、之差。若能测出流体中某点的若能测出流体中某点的总压总压和和静压静压，按照伯努里方程就，按照伯努里方程就可以求得该点的可以求得该点的流速流速. .皮托管流量计皮托管流量计皮托管是一根双层结构的弯成直角的金属小管，在其头部迎流皮托管是一根双层结构的弯成直角的金属小管，在其头部迎流方向开有一总压孔，在总压孔下游某处开有若干个静压孔。方向开有一总压孔，在总压孔下游某处开有若干个静压孔。 , 均速管流量计均速管流量计阿牛巴（阿牛巴（Annubar）管）管 均速管是一根沿直径垂直插入管道中的中空金属杆均速管是一根沿直径垂直插入管道中的中空金属杆, ,在迎流面上开有成在迎流面上开有成对的测压孔对的测压孔,
13、,测量的是反映平均流速的总压测量的是反映平均流速的总压; ;在背流面的中心处一开有一在背流面的中心处一开有一只静压孔，引出静压。只静压孔，引出静压。均速管传感器的测量杆上之所以设有多对总压均速管传感器的测量杆上之所以设有多对总压孔，是因为管道中的流速分布不均匀。孔，是因为管道中的流速分布不均匀。等分面积法测压孔位置选取均速管现场使用示意图均速管现场使用示意图n特点特点： 1）结构简单，安装、拆卸、维修方便；）结构简单，安装、拆卸、维修方便；2）压损小压损小，能耗小，长期运行，能耗小，长期运行节能节能效果好效果好;3）准确性和稳定性较好）准确性和稳定性较好;4）适用于液体、气体和蒸汽等多种介质的
14、流量适用于液体、气体和蒸汽等多种介质的流量测量。测量。n弱点弱点：输出差压较低。：输出差压较低。用于电厂送、引风矩形风道和大容量机组回用于电厂送、引风矩形风道和大容量机组回热管道等热管道等大管径、低参数流体大管径、低参数流体的流量测量。的流量测量。 阿牛巴流量计与孔板流量计运行成本比较阿牛巴流量计与孔板流量计运行成本比较 通常，测量同一流量时阿牛巴产生的差压为孔板的通常，测量同一流量时阿牛巴产生的差压为孔板的5%以下，以下，其压损为孔板的其压损为孔板的l/50 以下，并且阿牛巴的压力损失随着管道直径以下，并且阿牛巴的压力损失随着管道直径的增大其压损占满刻度差压的百分数迅速降低。一般阿牛巴连续的
15、增大其压损占满刻度差压的百分数迅速降低。一般阿牛巴连续能量消耗与节流孔板相比可减少能量消耗与节流孔板相比可减少95%以上。以上。 浮子（转子）流量计浮子（转子）流量计以浮子在垂直锥形管中随着流量变化而升降，以浮子在垂直锥形管中随着流量变化而升降，改变它们之间的流通面积来测量体积流量。改变它们之间的流通面积来测量体积流量。玻璃管浮子流量计玻璃管浮子流量计金属管浮子流量计金属管浮子流量计n特点特点： 1）适用于中小管径、低流速和较低雷诺数的单相适用于中小管径、低流速和较低雷诺数的单相液体或气体流体。液体或气体流体。2）必须垂直安装在无振动的管道上，流体自下而）必须垂直安装在无振动的管道上，流体自下
16、而上流过仪表。它们对上游直管段要求不高，或上流过仪表。它们对上游直管段要求不高，或者说没有上游直管段要求。者说没有上游直管段要求。3）测量的流量范围较宽，一般为）测量的流量范围较宽，一般为10：1。4）流量测量元件的输出接近于线性，压损较低。）流量测量元件的输出接近于线性，压损较低。n缺点缺点：测量精度易受被测介质密度、黏度、温：测量精度易受被测介质密度、黏度、温度、压力、纯净度、安装质量等因素的影响。度、压力、纯净度、安装质量等因素的影响。 靶式流量计靶式流量计力由两部分组成，力由两部分组成，一部分是流体和靶表一部分是流体和靶表面的摩擦力，另一部分是由于流束在靶面的摩擦力，另一部分是由于流束
17、在靶后分离，产生压差阻力后分离，产生压差阻力，n特点特点： 1）主要用来测量主要用来测量高黏度低雷诺数高黏度低雷诺数的流体以及适量的流体以及适量固体颗粒的浆液的流量固体颗粒的浆液的流量。也可用于测量一般液。也可用于测量一般液体，气体和蒸汽的流量。体，气体和蒸汽的流量。2）结构简单、安装维护方便、不易堵塞；）结构简单、安装维护方便、不易堵塞；3）静压损失小，在电厂常用来）静压损失小，在电厂常用来测量给水、凝结水测量给水、凝结水和燃油的流量和燃油的流量。4）流量系数与其结构因素、被测介质的黏度和密）流量系数与其结构因素、被测介质的黏度和密度有关，在使用前应该进行标定。度有关，在使用前应该进行标定。
18、第三节第三节 速度式流量测量速度式流量测量一、涡轮流量计一、涡轮流量计二、涡街（漩涡）流量计二、涡街（漩涡）流量计三、电磁流量计三、电磁流量计四、超声波流量计四、超声波流量计 一、涡轮流量计一、涡轮流量计n测量原理与结构测量原理与结构 利用置于流体中的利用置于流体中的涡轮的旋转涡轮的旋转角速度角速度与与流体速度流体速度成比例的关系，成比例的关系，通过通过测量涡轮的转速测量涡轮的转速来反映通过管来反映通过管道的体积流量道的体积流量k仪表常数，由实验标定n特点特点 1 1）精度较高（）精度较高（0.5%0.5%）；）；2 2）测量范围宽）测量范围宽, ,量程比大（量程比大（qmax/qmin=6=
19、61010）；）；3 3）惯性小，响应快（）惯性小，响应快（1 15050ms）；）；4 4）耐高）耐高压，压力力损失小；失小；5 5）安装）安装检修方便，耐腐修方便，耐腐蚀，适用流体多；，适用流体多； n缺点缺点 1 1）要求流体的清洁度高，不能夹杂物或固体颗粒；）要求流体的清洁度高，不能夹杂物或固体颗粒；2 2）不适于测量粘度过大的液体的流量。）不适于测量粘度过大的液体的流量。4 4安装安装 1、流量计应安装在便于维修且对管道无振动或配管无应力的地点，同、流量计应安装在便于维修且对管道无振动或配管无应力的地点，同时避免受强磁场和强热辐射的影响。信号传输线要采用屏蔽电缆，并应远时避免受强磁场
20、和强热辐射的影响。信号传输线要采用屏蔽电缆，并应远离动力线。离动力线。2、流量计要配置前后直管段，上游直管段长、流量计要配置前后直管段，上游直管段长15D(D为涡轮流量计直径为涡轮流量计直径)以上，下游直管段为以上，下游直管段为4D以上。上游段若加整流器，效果更佳。以上。上游段若加整流器，效果更佳。3、流量计上游段要加装过滤器，以除去流体中的杂质。、流量计上游段要加装过滤器，以除去流体中的杂质。4、测定容易产生蒸汽的流体时，必须安装气体分离器。、测定容易产生蒸汽的流体时，必须安装气体分离器。5、预计有过大流量情况下，在流量计下游段要安装控制阀门，以、预计有过大流量情况下，在流量计下游段要安装控
21、制阀门，以限制流体的流量，以免影响流量计轴承的使用寿命。限制流体的流量，以免影响流量计轴承的使用寿命。二、涡街流量计二、涡街流量计n 测量原理测量原理 在流体中放置一个在流体中放置一个有对称形状的有对称形状的非流线型阻流体（漩涡发生体）非流线型阻流体（漩涡发生体）时，时，从阻流体下游两侧就会交替产生两列从阻流体下游两侧就会交替产生两列有规则的漩涡（卡门涡街）。有规则的漩涡（卡门涡街）。 在一定的流量范围内在一定的流量范围内漩涡分离的漩涡分离的频率频率与管道内的平均流速成正比，与与管道内的平均流速成正比，与阻流体的宽度成反比。阻流体的宽度成反比。 三角柱漩涡流量计框图三角柱漩涡流量计框图n特点：
22、特点： 1 1）精确度比较高（）精确度比较高（1%1%2%2%）2 2）测量范围宽（量程比）测量范围宽（量程比1010：1 1或或2020：1 1）3 3）无可动部件，可靠性高，压损小）无可动部件，可靠性高，压损小 4 4）结构简单牢固，安装维护方便费用较低；）结构简单牢固，安装维护方便费用较低；5 5）适用流体种类多，可适用液体、气体、蒸适用流体种类多，可适用液体、气体、蒸气和部分混相流体的流量测量气和部分混相流体的流量测量。n安装：安装：对直管段要求高对直管段要求高三、电磁流量计三、电磁流量计n测量原理测量原理 导电的流体介质在磁场中作垂直导电的流体介质在磁场中作垂直方向流动而切割磁力线时
23、，会在管道方向流动而切割磁力线时，会在管道两边的电极上产生两边的电极上产生感应电动势感应电动势n组成组成 变送器变送器将流速（流量）信号转变为感应电动势；将流速（流量）信号转变为感应电动势；转换器转换器将变送器送来的电压信号放大，并且线性地将变送器送来的电压信号放大，并且线性地转换成标准电信号输出。转换成标准电信号输出。n特点：特点：1）无机械惯性，反应灵敏，可测瞬时脉动流量；）无机械惯性，反应灵敏，可测瞬时脉动流量；2）无可动部件，也无插入管道的阻力件，故压力损失小；）无可动部件，也无插入管道的阻力件，故压力损失小；3）可测量具有一定电导率的酸、碱、盐溶液，脏污介质、可测量具有一定电导率的酸
24、、碱、盐溶液，脏污介质、腐蚀性介质以及含有固体颗粒（泥浆、矿浆等）悬浊性液腐蚀性介质以及含有固体颗粒（泥浆、矿浆等）悬浊性液固两相流的液体流量固两相流的液体流量；4）测量范围宽。）测量范围宽。n缺点：缺点：1）被测流体必须是）被测流体必须是导电的导电的，不能测量气体、蒸汽和石油制，不能测量气体、蒸汽和石油制品等含有大量气体和电导率很低的液体流量；品等含有大量气体和电导率很低的液体流量；2）由于测量管内衬里材料和电气绝缘材料的限制，不能用）由于测量管内衬里材料和电气绝缘材料的限制，不能用于测量高温介质的流量；于测量高温介质的流量；3）易受外界电磁干扰的影响。）易受外界电磁干扰的影响。四、超声波流
25、量计四、超声波流量计n传播播时间法法：（时差法、相差法、频差法）：（时差法、相差法、频差法） 根据流体的流速不同，从而根据流体的流速不同，从而超声波超声波传播的速度播的速度不不同同来来测量流速的。量流速的。n特点特点1）可安装在管道外壁上，实现不接触测量；）可安装在管道外壁上，实现不接触测量；2）能用于任何液体，特别是具有高粘度、强腐蚀性、非导）能用于任何液体，特别是具有高粘度、强腐蚀性、非导电性、放射性流体的流量测量；电性、放射性流体的流量测量；3）价格不会随管道口径变化，特别适合大口径管道的液体）价格不会随管道口径变化，特别适合大口径管道的液体流量测量。流量测量。n缺点：缺点：1）只能用于
26、清洁液体和气体，不能测量悬浮颗粒和气泡超）只能用于清洁液体和气体，不能测量悬浮颗粒和气泡超过某一范围的液体，会影响声传播；过某一范围的液体，会影响声传播； 2）准确度不高，在）准确度不高，在2左右；流体的声速是温度的函数，左右；流体的声速是温度的函数，流体的温度变化会引起测量误差；流速沿管道的分布情流体的温度变化会引起测量误差；流速沿管道的分布情况会影响测量结果，需要进行修正。况会影响测量结果，需要进行修正。n多普勒法多普勒法 利利用用流流体体中中固固体体微微粒粒或或气气泡泡对对超超声声波波的的散散射射所所产产生生的的多多普普勒勒频频移移来来确确定流体速度定流体速度便携式便携式一体式标准管段式
27、一体式标准管段式手持式手持式第四节第四节 容积式流量测量容积式流量测量 流体通过流量计时，在流量计进、出口之流体通过流量计时，在流量计进、出口之间产生一定的压力差，从而推动运动部件转动间产生一定的压力差，从而推动运动部件转动或移动，将流体一次次充满计量空间或移动，将流体一次次充满计量空间（仪表壳（仪表壳体和仪表内的运动部件构成一个具有一定容积体和仪表内的运动部件构成一个具有一定容积的计量空间的计量空间），并由入口排向出口。并由入口排向出口。 计量空间计量空间的体积是确定的，只要测得转子的转动次数，的体积是确定的，只要测得转子的转动次数，就可得到通过流量计的流体体积的累积值。就可得到通过流量计的
28、流体体积的累积值。n测量原理测量原理( (一一).).椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计 ( (二二).).腰轮流量计腰轮流量计腰轮流量计腰轮流量计(三三).刮板式流量计刮板式流量计n特点特点1）测量准确度高；）测量准确度高；2）测量范围度较宽；）测量范围度较宽；3）一般不受流动状态的影响，也不受雷诺数大小的）一般不受流动状态的影响，也不受雷诺数大小的限制；但是易受物性参数的影响；限制；但是易受物性参数的影响；4）安装方便，流量传感器前不需要直管段；）安装方便，流量传感器前不需要直管段；5）可测量高黏度、洁净单相流体的流量可测量高黏度、洁净单相流体的流量，测量含有，测量含
29、有颗粒、脏污物的流体时需安装过滤器；颗粒、脏污物的流体时需安装过滤器；6）机械结构较复杂，体积庞大笨重，）机械结构较复杂，体积庞大笨重，一般只适用于一般只适用于中小口径；中小口径；7）测量过程中会产生较大噪声，甚至使管道振动。）测量过程中会产生较大噪声，甚至使管道振动。思考题：思考题： 1、常用的流量测量方法有哪些？、常用的流量测量方法有哪些？2、节流式流量计由哪几部分组成，、节流式流量计由哪几部分组成，其测量原理是什么？其测量原理是什么？3、标准节流装置、标准节流装置4、常用的标准节流件和取压方式？、常用的标准节流件和取压方式？精品课件精品课件！精品课件精品课件！思考题：思考题： 5、涡轮流量计的组成部分？特点？、涡轮流量计的组成部分？特点？使用注意事项？使用注意事项？6、涡街、电磁、超声波流量计的工、涡街、电磁、超声波流量计的工作原理和特点？作原理和特点？
