化工原理课件—流量的测量

1 第一章 流体流动1.8 流量的测量1.8.1测速管1.8.2 孔板流量计2孔板流量计 孔板流量计(orifice flowmeter)是利用孔板对流体的节流作用，使流体的流速增大，压力减小，以产生的压力差作为测量的依据。动画033图1-29 孔板流量计孔板流量计 孔板缩脉4 取孔板上游尚未收缩的流动截面为1-1，下游截面宜放在缩脉处，以便测得最大压差读数，但由于缩脉的位置及其截面积难于确定，故以孔板处为下游截面0-0，在1-1和0-0两截面之间列机械能衡算方程，并暂时略去能量损失，可得 或写成(1-109)(1-110)孔板流量计 5引入校正系数:C1，校正因忽略能量损失带来的偏差。应用不可压缩流体的连续性方程孔板小孔截面积管道截面积孔板流量计 6角接取压法：通常的做法是将上、下游两个测压口装在紧靠着孔板前后的位置上。孔板流量计 7引入校正系数:C2，校正上、下游测压口的位置影响。整理式1-110可得(1-111)孔板流量计 8令，则上式变为(1-112)体积流率为(1-113)孔板流量计 9C0称为流量系数或孔流系数，其值与Re、面积比A0/A1以及取压法有关，需由实验测定。孔板流量计 质量流率(1-114)10图1-30 流量系数与Re的关系 11 孔板流量计制造简单，安装与更换方便，其主要缺点是流体的能量损失大，A0/A1越小，能量损失越大。孔板流量计的永久能量损失，可按下式估算(1-117)孔板流量计 12 孔板流量计安装位置的上、下游都要有一段内径不变的直管作为稳定段，根据经验，其上游直管长度至少应为10d1，下游长度至少为5d1。孔板流量计 13 第一章 流体流动1.8 流量的测量1.8.1 测速管1.8.2 孔板流量计1.8.3 文丘里流量计14文丘里流量计 为减少流体节流造成的能量损失，可用一段渐缩渐扩的短管代替孔板，这就构成了文丘里（venturi flowmeter）流量计。当流体在渐缩渐扩段内流动时，流速变化平缓，涡流较少，于喉颈处（即最小流通截面处）流体的动能达最高。此后，在渐扩的过程中，流体的速度又平缓降低，相应的流体压力逐渐恢复。如此过程避免了涡流的形成，从而大大降低了能量的损失。15图1-31 文丘里流量计 文丘里流量计 16 由于文丘里流量计的工作原理类似于孔板流量计，在1-1和0-0两截面之间列机械能衡算方程，得到与孔板流量计相同的公式，流率可按下式计算 文氏流量计的流量系数，其值由实验测定一般为0.980.99。文丘里流量计 17 通常文丘里流量计上游的测压点距管径开始收缩处的距离至少应为管径的1/2长度，而下游测压口设在喉颈处。文丘里流量计的优点是能量损失小，但不如孔板那样容易更换以适用于各种不同的流率测量；文丘里管的喉颈是固定的，致使其测量的流率范围受到实际的限制。文丘里流量计 18 第一章 流体流动1.8 流量的测量1.8.1 测速管1.8.2 孔板流量计1.8.3 文丘里流量计1.8.4 转子流量计19转子流量计 转子流量计(rotary flowmeter)流量计称为变截面流量计，即压力差几乎保持不变，而收缩的截面积随流量变化。动画0520图1-32 转子流量计1锥形玻璃管；2转子；3刻度转子流量计 21 对于特定的转子流量计，当待测流体给定后，流量的大小仅仅取决于转子与玻璃管之间的环隙面积。此时，流体流经该环隙截面时，其流量与压力差的关系相当于流体流经孔板流量计孔口的情况(1-121)转子流量计 22 转子流量计由专门厂家生产。通常厂家选用水或空气分别作为标定流量计的介质。因此，当测量其它流体时，需要对原有的刻度加以校正。转子流量计的优点是能量损失小，测量范围宽。但耐温、耐压性差。转子流量计 23 第一章 流体流动1.9 非牛顿型流体的流动1.9.1 非牛顿型流体的流动特性24非牛顿型流体的流动特性 流动特性不遵循牛顿黏性定律的流体统称为非牛顿型流体。n为流动特性指数，K称为稠度系数。许多非牛顿型流体，在很大的剪切速率范围内，都可以用如下幂律形式的方程来描述(1-122)25 根据剪应力与速度梯度（亦称剪切速率）关系的不同，可将非牛顿型流体区分为若干类型。非牛顿型流体的流动特性26图1-33 流体的流变图 a牛顿型流体；b假塑性流体；c胀塑性流体；d宾汉塑性流体 非牛顿型流体的流动特性27 大多数非牛顿型流体属于此种类型（如图1-33中的b线），如聚合物溶液或熔融体、油脂、淀粉溶液等。表观黏度 对于假塑性流体，表观黏度随剪切速率的增加而减小，故n1时称为胀塑性流体（图1-33的c线）。这类流体在流动时，表观黏度随剪切速率的增大而增大。某些湿沙，含有硅酸钾、阿拉伯树胶等的水溶液均属于胀塑性流体。29三、宾汉塑性流体(Bingham plastic fluid)(1-125)某些液体，如润滑脂、牙膏、纸浆、污泥、泥浆等属于宾汉塑性流体。30 第一章 流体流动1.9 非牛顿流体的流动1.9.1 非牛顿型流体的流动特性1.9.2 幂律流体在管内流动的阻力31一、管内层流对于幂律流体在管内的流动 代入剪应力沿管径方向的分布式：积分并整理，可得32管中心最大流速：管内速度分布：管截面平均流速:一、管内层流33非牛顿流体的广义雷诺数 摩擦系数摩擦阻力时流动为层流 一、管内层流34二、管内湍流 通过实验关联，幂律流体在光滑管中作湍流流动时的摩擦系数的经验方程为35练 习 题 目思考题作业题:23、24、251.各种流量计的测量原理。2.那些属于变截面流量计，那些属于变压差流量计？3.非牛顿性流体的分类及特性。36v流体静力学方程及其应用v连续性方程、机械能衡算方程及其应用v管路系统阻力的计算方法 学 习 指 导本章重点掌握的内容v动量传递原理 涡流动量传递原理流体与壁面之间的对流动量传递原理边界层与边界层分离现象 管内摩擦阻力、局部阻力的计算37v管路计算 学 习 指 导v流速与流量的测量方法 简单管路、并联与分支管路的计算气体（可压缩流体）输送管路非牛顿流体输送管路的计算流量计的结构流量计的工作原理