2.4流速與流量的測定

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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,回憶上節(jié)內(nèi)容,流體阻力的大小與,流體本身的物理性質(zhì)、流動狀況、壁面的形狀等,因素有關(guān)。,直管阻力,式中：,l,e,當量長度,式中,：,-,局部阻力系數(shù),1,）當量長度法,2,）局部阻力系數(shù)法,查數(shù)據(jù)表,以機械能衡算方程為基礎(chǔ)的測定方法，應(yīng)用公式：,2.4,流速和流量測定,流體的速度和流量測定是一個重要的測量參數(shù),；,測量用的方法和流量計的種類很多。,1.,測速管,（畢托管,Pitot,）,:,測管路中流體的點流速,(1),結(jié)構(gòu),同心套管、壓差計,。,R,A,B,實際應(yīng)用的畢托管示意圖,(2),測量原理,未放

2、測速管時，截面各點均為靜壓能。,放入測速管后，,外管：開口平行于流向,p,B,靜壓能；,內(nèi)管：開口垂直于流向,p,A,滯點壓力。,滯點壓力,(,沖壓能,)=,靜壓能,+,動能,R,A,B,實際應(yīng)用的畢托管示意圖,2,1,C,P,：,校正系數(shù)，一般取,0.98,1.00(,實測,),流量計標定：校正流量計的過程。,(3),使用方法,1),測量點速度,問題：,如何測平均流速、流量、速度分布,平均流速：放于管中心處，測出,u,max,，,層流：湍流：,a,）,管口截面,：,嚴格垂直于流體的流動方向；,b,）,測量點選擇,：,在穩(wěn)定流動段（直管段），,且前后直管各,50,d,至少,8-12,d,；,c

3、,）,畢托管直徑,：,外徑不超過管徑的,1/50,；,d,）,測量氣體時,：,壓力變化不超過,15%,；,要求氣體流速,5 m/s,；,e,）,壓差較小時：,可配合微差壓差計使用。,3),適用條件,大直徑管路，流體含固體雜質(zhì)時不宜采用。,2),安裝,4,）畢托管的優(yōu)點：,結(jié)構(gòu)簡單；,使用方便；,流體的機械能損失很少。,5,）畢托管的局限性：,測速管較多地用于測量氣體流場中某點的速度；,測壓孔易堵塞。,2.,孔板流量計,(1),結(jié)構(gòu)及特點,1),結(jié)構(gòu),孔板,：測量元件；,縮脈,：孔板后,1/3,2/3 d,處。,R,1,2,1,0,0,2,d,1,S,1,u,1,d,0,S,0,u,0,d,2,

4、S,2,u,2,孔板流量計,壓差計兩種取壓方式：,縮脈取壓,：,孔板前,1,d,孔板后,0.5,d,處。,角接取壓,：,孔板前后，并盡量靠近孔板。,工業(yè)上，常用角接取壓。,2),特點：,節(jié)流式流量計,(,恒截面，變壓差,),(2),測量原理,在上圖所示的,1-1,、,2-2,面間列機械能衡算方程：,若不考慮阻力損失，有：,或,考慮,阻力損失,，并以孔口流速,u,0,代替縮脈處速度,u,2,，,則有：,又,流量系數(shù)或孔流系數(shù),式中：,0.82,0.80,0.78,0.76,0.74,0.72,0.70,0.68,0.66,0.64,0.62,0.60,10,4,10,5,10,6,5,5,5,0

5、.60,0.55,0.45,0.20,0.65,0.70,0.75,0.80,孔流系數(shù),C,0,流量系數(shù)與,Re,之間的關(guān)系,直徑比,(3),安裝要求,1),穩(wěn)定段長度：上游,1540,d,，,下游,5,d,處；,2),不宜安裝在要求阻力很小處,(,如泵入口,),。,(4),主要優(yōu)缺點,優(yōu)點：,結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用方便，造價低；,缺點：,永久阻力損失大（實測壓差的,75%,）。,說明：當被測流體為氣體時,氣體膨脹系數(shù)，是壓力比、絕熱指數(shù)級直徑比的函數(shù)，可查表得到。,問題：怎樣求流體流量？,0.82,0.80,0.78,0.76,0.74,0.72,0.70,0.68,0.66,0.64,0.6

6、2,0.60,10,4,10,5,10,6,5,5,5,0.60,0.55,0.45,0.20,0.65,0.70,0.75,0.80,孔流系數(shù),C,0,流量系數(shù)與,Re,之間的關(guān)系,試差法,d,0,/d,1,C,0,q,v,u,Re,假定,步驟,：,例題：,以孔板流量計測量某氣體的流量。已知氣體溫度為,400,，表壓力為,1.962,MPa,，管內(nèi)徑為,190 mm,，孔板內(nèi)徑為,130 mm,。在此條件下氣體的密度為,6.82 kg/m,3,，粘度為,23.75,10,-6,PaS,，孔板前后的壓差為,58.86,KPa,，試求氣體的質(zhì)量流量（設(shè)氣體的膨脹系數(shù),=1,）,d,0,/d,1,

7、=0.13/0.19=0.68,假設(shè),C,0,在定值區(qū)域內(nèi)，用,d,0,/d,1,值由圖中查的,C,0,=0.68,而：,=23.7510,-6,PaS,P=58.86KPa,S,0,=0.785d,0,2,=0.0133 m,2,q,m,=8.1 Kg/s,校核,Re,及,C,0,解：,查表的,C,0,=0.68,，與假設(shè)一致，故假設(shè)正確。,3.,文丘里流量計,(1),結(jié)構(gòu)及特點,1),結(jié)構(gòu),喉管,2),特點,節(jié)流式流量計,(,恒截面，變壓差,),(3),安裝要求,穩(wěn)定段長度：上游,50,d,，,下游,10,d,。,(4),主要優(yōu)缺點,優(yōu)點：,永久阻力損失小,(,實測壓差,p,1-3,的,1

8、0%),；,缺點：,造價較高，本身尺寸較長。,(5),孔板流量計和文丘里流量計,1),只能測平均流速，不能測速度分布；,2),采用試差法求流量系數(shù),C,v,或,C,0,；,3),可繪制校正曲線，直接查取壓差,-,流量關(guān)系。,4.,轉(zhuǎn)子流量計,(1),結(jié)構(gòu)與特點,1,）結(jié)構(gòu),錐形體（錐角約,4,0,）；,轉(zhuǎn)子（密度大于流體密度）。,2),特點：變截面，恒壓差。,從轉(zhuǎn)子的懸浮高度直接讀取流量數(shù)值。,它由一個截面積自下而上逐漸擴大的錐形玻璃管構(gòu)成。,列,1-1,及,2-2,間的機械能衡算方程：,(2),測量原理,原理,：轉(zhuǎn)子在流體中受力平衡,對控制體,(,含轉(zhuǎn)子的圓柱體,),作力衡算：,z,2,z,

9、1,2,1,轉(zhuǎn)子受力分析,轉(zhuǎn)子體積,流體流動方向,轉(zhuǎn)子流量計的流量系數(shù),(3),流量計的校正,1),刻度標準,(,廠家,),：液體,20,、水；,氣體,20,、,101325 Pa,的空氣。,2),條件變化時，校正方法：,*測不同種類流體時，,a,）,校正密度 同一刻度下，,S,2,：環(huán)隙截面積,b,）,實驗，重新標定刻度,-,流量曲線,(,常用方法）,*量程不符時,，,改變轉(zhuǎn)子,f,、,V,f,、,S,f,3),轉(zhuǎn)子流量計的量程,4),阻力損失,(5),使用,1),用于清潔或腐蝕性流體測量；,2),玻璃管不耐高溫、高壓，易碎；,3),開啟時，應(yīng)緩慢調(diào)節(jié)流量閥。,1),必須垂直安裝（只能測垂直

10、管中流量）；,2),必須保證轉(zhuǎn)子位于管中心；,（轉(zhuǎn)子上刻有斜槽）,3),各種流量計在管路中的安裝；,為便于檢修，各種流量計均應(yīng)有旁路。,(4),安裝,1),優(yōu)點,阻力損失小，測量范圍寬，,流量計前后不需穩(wěn)定管段。,(6),轉(zhuǎn)子流量計的優(yōu)缺點,2),缺點,不耐高壓,(,小于,0.5,MPa,),，,管道直徑有限,(,小于,50mm),。,5.,堰,結(jié)構(gòu),堰板,-,具有不同形狀的缺口,b,H,三角形堰,(2),用途：,用于測定明渠中流體的流量。,（,3,）流量,對長方形堰口：,式中：,b,堰頂寬度，,m,；,H,堰口高度，,m,對三角形堰口：,柏努利方程應(yīng)用中有關(guān)截面選在內(nèi)側(cè)、外側(cè)對方程中各項數(shù)值

11、的影響,1,1,2,2,U,1,P,1,Z,1,U,1,P,1,Z,1,U,2,P,2,Z,2,U,2,P,2,Z,2,u,一、各截面上流速的選擇,u,1,=0;u,2,=0,依據(jù)：大截面處流速為零,u,1,=u;u,2,=u,二、各截面上高度,Z,的取值,Z,1,=,Z,1,；,Z,2,=,Z,2,三、關(guān)于阻力損失的取值,四、各截面上壓力的取值,管進口內(nèi)、外側(cè)壓力不相等,在,1-1,至,1-1,之間列方程,靜壓能的減少用來克服入口阻力損失及轉(zhuǎn)換為動壓能！,管出口內(nèi)、外側(cè)壓力相等,在,2-2,至,2-2,之間列方程,動壓能的減少剛好用來克服出口阻力損失！,習題：,如附圖所示，常溫水由一敞口儲罐用泵送入塔內(nèi)，水的流量為,20m3/h,，塔內(nèi)壓力為,196,KPa,（表壓）。泵的吸入管長度為,5m,，管徑為,1084,，泵出口到塔進口之間的管長為,20 m,，管徑為,573.5,。塔進口前的截止閥半開。求此管路系統(tǒng)輸送水所需的外加機械能，取相對粗糙度,/d,=0.001,。,10 m,1-1,2-2,泵入口管的阻力損失：,L=5 m;d=0.1 m,90,彎頭,=35,進口,=0.5,=0.0235,u=0.708,m/s,泵入口管的阻力損失：,L=20 m;d=0.05 m,90,彎頭,=35;,共兩個,出口,=1,=0.0215,u=2.83,m/s,截止閥,=475,545,