1.8 流量測量

1、1.8 流量測量流量測量 流量計流量計 變壓頭流量計變壓頭流量計 變截面流量計變截面流量計 將流體的將流體的動壓頭的變化以靜壓頭的變化動壓頭的變化以靜壓頭的變化 的形式表示的形式表示出來。如：測速管、孔板流出來。如：測速管、孔板流 量計和文丘里流量計量計和文丘里流量計 壓力降固定，流體流量變化時流道的截壓力降固定，流體流量變化時流道的截 面積發(fā)生變化面積發(fā)生變化。如：轉(zhuǎn)子流量計。如：轉(zhuǎn)子流量計 1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 1.8.1 測速管測速管 R 21 測速管測速管 2. 測量原理測量原理 21 2 1 2 ppu 1.8.1 測速管測速管 壓差計的指示數(shù)壓差計的指示數(shù)R代表代表1，2兩處的壓強之差兩

2、處的壓強之差。 2 2 112 uppp 12 ppp gRu 0 2 2 )(2 0 gR u 測速管測定管內(nèi)流體的基本原理和換算公式測速管測定管內(nèi)流體的基本原理和換算公式 若所測流體的密度為若所測流體的密度為，U型管壓差計內(nèi)充有密度型管壓差計內(nèi)充有密度 為為0的指示液，讀數(shù)為的指示液，讀數(shù)為R。 1.8.1 測速管測速管 若被測流體為氣體時，上式可簡化為若被測流體為氣體時，上式可簡化為: : gR u 0 2 注意注意：測速管所測得的是點流速，測速管所測得的是點流速， 不是平均流速，也不是流量。不是平均流速，也不是流量。 1.8.1 測速管測速管 實際使用時實際使用時 )(2 0 gR c

3、u c=0.981.00 6 例題：例題：50的空氣流經(jīng)內(nèi)徑為的空氣流經(jīng)內(nèi)徑為300mm的管道，管的管道，管 中心安裝了測速管。已知：中心安裝了測速管。已知：U形管壓差計讀數(shù)形管壓差計讀數(shù) R=15mmH2O柱，測量點壓力為柱，測量點壓力為400mmH2O柱柱(表表 壓壓)。試計算管路中空氣的質(zhì)量流量。試計算管路中空氣的質(zhì)量流量。 分析：分析： s V關(guān)關(guān)系系圖圖與與 圓圓管管 max uuu平均平均 Re, max u 7 解：標準狀態(tài)下空氣的密度為解：標準狀態(tài)下空氣的密度為1.293kg/m3，則，則操操 作條件下空氣的密度為作條件下空氣的密度為 3 /135. 1 10330 40010

4、330 5015.273 15.273 293. 1mkg sm gR u/1 .16 135. 1 015. 081. 9100022 0 max u形管壓差計內(nèi)的指示液為水，形管壓差計內(nèi)的指示液為水，=1000kg/m3，壓，壓 差計讀數(shù)差計讀數(shù)R=0.015m。因測速管安裝在管道中心，。因測速管安裝在管道中心， 則可求得則可求得最大流速最大流速 8 查得查得50空氣的粘度空氣的粘度 SPa 5 1096. 1 查圖，得查圖，得 5 5 max 108 . 2 1096. 1 135. 11 .163 . 0 Re du 84. 0 max u u smuu/5 .131 .1684. 0

5、84. 0 max 則管路中空氣的質(zhì)量流量為則管路中空氣的質(zhì)量流量為 skgudm/08. 1135. 15 .133 . 0 44 22 l測速管應(yīng)放置于流體測速管應(yīng)放置于流體均勻流段；均勻流段； l為提高準確性，測量點前后為提高準確性，測量點前后l直 直50di； ； l皮托管不宜太粗，以減少對流動的干擾。一般皮托管不宜太粗，以減少對流動的干擾。一般 應(yīng)選取皮托管外徑應(yīng)選取皮托管外徑d0di/50； l皮托管管口截面嚴格垂直于流動方向。皮托管管口截面嚴格垂直于流動方向。 1.8.1 測速管測速管 3. 安裝安裝 優(yōu)點：優(yōu)點：流動阻力小，拆裝方便，主要用于大管流動阻力小，拆裝方便，主要用于大

6、管 徑氣體流速或大氣中風(fēng)速的測量。徑氣體流速或大氣中風(fēng)速的測量。 缺點：缺點：測壓孔小，易堵塞，因此不宜用于測量測壓孔小，易堵塞，因此不宜用于測量 含固體粒子的流體速度。不能直接測出平均流含固體粒子的流體速度。不能直接測出平均流 速，壓差小，不易讀準。速，壓差小，不易讀準。 1.8.1 測速管測速管 4. 特點特點 1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 1.8.2 孔板流量計孔板流量計 縮脈縮脈 1 1 2 2 未收縮的截面為未收縮的截面為1-1截面，孔板后縮脈處為截面，孔板后縮脈處為2-2 截面，列截面截面，列截面1-1到截面到截面2-2間的柏努利方程式，間的柏努利方程式， 因流量計水平放置，若暫不計阻力損失，則

7、有因流量計水平放置，若暫不計阻力損失，則有 2 2 21 2 1 22 pupu 2. 工作原理工作原理 1.8.2 孔板流量計孔板流量計 )(2 212 1 2 2 pp uu 1.8.2 孔板流量計孔板流量計 問題：（問題：（1 1）實際有能量損失；）實際有能量損失； （2）縮脈處的準確位置無法確定。）縮脈處的準確位置無法確定。 解決方法：解決方法：用孔口速度用孔口速度u0 0替代縮脈處速度替代縮脈處速度u2 2， 并相應(yīng)乘上并相應(yīng)乘上校正系數(shù)校正系數(shù) C 14 )(2 212 1 2 2 pp uu )(2 012 1 2 0 pp Cuu 根據(jù)連續(xù)性方程，對不可壓縮流體根據(jù)連續(xù)性方程，

8、對不可壓縮流體 2 0 10 1 d uu d )(2 )/(1 01 4 10 0 pp dd C u 4 10 )/(1dd C Co )(2 01 pp Cu oo 若若U形管指示液密度為形管指示液密度為 0，則，則 gR Cu oo )(2 0 gR ACAuV oo )(2 0 00 1.8.2 孔板流量計孔板流量計 )(2 01 pp Cu oo C0流量系數(shù)（孔流系數(shù)）流量系數(shù)（孔流系數(shù)） A0孔面積?？酌娣e。 3. C0孔板流量系數(shù)（孔流系數(shù)）孔板流量系數(shù)（孔流系數(shù)） 管內(nèi)的管內(nèi)的Re 孔板開孔面積比孔板開孔面積比A0/A1 取壓方式取壓方式 結(jié)構(gòu)尺寸結(jié)構(gòu)尺寸 加工狀況加工狀況

9、 )/(Re, 100 AAfC 對標準孔板，其流量系數(shù)對標準孔板，其流量系數(shù)C0可表示成可表示成 C0的影響因素的影響因素 1.8.2 孔板流量計孔板流量計 C0 =0.60.7 17 0.84 0.82 0.80 0.7 0.78 0.76 C0 0.74 0.6 A0 0.72 A1 0.70 0.5 0.68 0.66 0.4 0.64 0.3 0.62 0.2 0.60 0.1 0.05 3 10 4 105 106 Re1 孔流系數(shù)C 0與Re1及A0/A1的關(guān)系 Re超過某界限值時，超過某界限值時， C0=const，此時流量此時流量 就與壓差計讀數(shù)的平就與壓差計讀數(shù)的平 方根成

10、正比，因此，方根成正比，因此， 在孔板的設(shè)計和使用在孔板的設(shè)計和使用 中，希望中，希望Re大于界限大于界限 值。值。 )/(Re, 100 AAfC Re臨界值臨界值 18 例題：例題：在在 603.5mm的管路中安裝有一孔徑為的管路中安裝有一孔徑為 30mm的的標準孔板流量計標準孔板流量計，管內(nèi)輸送，管內(nèi)輸送20的液態(tài)苯。的液態(tài)苯。 試確定：試確定： （1）流量多少時，孔流系數(shù)）流量多少時，孔流系數(shù)C0與流量無關(guān)；與流量無關(guān)； （2）該流量下孔板壓差計所檢測到的壓差。）該流量下孔板壓差計所檢測到的壓差。 19 解：由附錄查得解：由附錄查得20時苯：時苯： = 879 kg/m3， = 0.7

11、3710-3 Pas 查圖，該孔板的孔流查圖，該孔板的孔流 系數(shù)系數(shù)C0為定值的最小為定值的最小 Re為為1.05105，與，與 此此Re數(shù)對應(yīng)，本題數(shù)對應(yīng)，本題 條件下苯的流量為：條件下苯的流量為： 22 00 0.03 0.32 0.053 dA Ad 20 22 3 2 00 3.66 10879 28.8kPa 20.64 0.785 0.032 V P C A 即，管內(nèi)苯的流量達即，管內(nèi)苯的流量達 3.6610-3 m3/s 后，孔流系后，孔流系 數(shù)數(shù) C0 為一定值，由圖查得為一定值，由圖查得 C0 = 0.64。 /sm1066. 31005. 1 8794 10737. 005

12、3. 014. 3 44 335 3 22 Re d dudV 與該流量對應(yīng)的孔板壓差計所檢測到的壓差為：與該流量對應(yīng)的孔板壓差計所檢測到的壓差為： 4.孔板流量計的阻力損失孔板流量計的阻力損失 gR A A p h pp A A p h f f f f )( )1 . 11( )1 . 11( 0 1 0 21 1 0 1.8.2 孔板流量計孔板流量計 為了保證孔板前后流動的穩(wěn)定性，安裝時要為了保證孔板前后流動的穩(wěn)定性，安裝時要 求求直管長度直管長度： l前 前10di， ，l后 后5di； ； 5. 孔板流量計的安裝孔板流量計的安裝 1.8.2 孔板流量計孔板流量計 缺點：流體通過孔板流量

13、計的阻力損失很大。缺點：流體通過孔板流量計的阻力損失很大。 6. 孔板流量計的特點孔板流量計的特點 1.8.2 孔板流量計孔板流量計 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝方便優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝方便 孔板的縮口愈小，孔口速度愈大，阻力損孔板的縮口愈小，孔口速度愈大，阻力損 失愈大。所以，失愈大。所以，選擇孔板流量計選擇孔板流量計A0/A1的值，的值， 往往是設(shè)計該流量計的核心問題。往往是設(shè)計該流量計的核心問題。 A B R 1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 1.8.3 文丘里流量計文丘里流量計 收縮段錐角通常取收縮段錐角通常取15 25 ， 擴大段錐角小些，一般為擴大段錐角小些，一般為5 7 1.8.3 文丘里流量

14、計文丘里流量計 gR ACV V 0 0 2 Re 文丘里管的結(jié)構(gòu)文丘里管的結(jié)構(gòu) 2. 測量原理測量原理 影響影響CV的因素：的因素： 湍流情況下，湍流情況下，CV的值一般為的值一般為 0.98-0.99。 1.8.3 文丘里流量計文丘里流量計 優(yōu)點：優(yōu)點：阻力損失小阻力損失小，故尤其適用于低壓氣體輸送。，故尤其適用于低壓氣體輸送。 缺點：結(jié)構(gòu)不如孔板流量計緊湊；缺點：結(jié)構(gòu)不如孔板流量計緊湊； 加工精度要求高；加工精度要求高； 制造難度大；制造難度大； 造價較高造價較高。 3. 特點特點 1.8.3 文丘里流量計文丘里流量計 28 u A R R 變壓力流量計的特點：變壓力流量計的特點： 恒截

15、面，變壓頭。恒截面，變壓頭。 總結(jié)：總結(jié)： 流體出口 錐形硬 玻璃管 刻度 轉(zhuǎn)子 流體入口 11 22 0u 1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 1.8.4 轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子流量計 30 微錐形玻璃管，錐角約為微錐形玻璃管，錐角約為 4 左右左右 。 轉(zhuǎn)子（或稱浮子），直徑轉(zhuǎn)子（或稱浮子），直徑 略小于玻璃管的內(nèi)徑；略小于玻璃管的內(nèi)徑； 轉(zhuǎn)子密度須大于被測流體轉(zhuǎn)子密度須大于被測流體 的密度。的密度。 凈凈重重力力升升力力 u0 0 0 1 1 u1 浮浮 力力 2. 測量原理測量原理 1.8.4 轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子流量計 重力重力 浮浮力力 升力升力 u0 0 0 1 1 u1 按理想流體推導(dǎo)，摩擦力為零。按理想流體推

16、導(dǎo)，摩擦力為零。 向上推力與轉(zhuǎn)子的凈重力平衡時：向上推力與轉(zhuǎn)子的凈重力平衡時： gVAp fff )( 向上推力：向上推力： 向下的轉(zhuǎn)子凈重力：向下的轉(zhuǎn)子凈重力：Vf(f-)g pAf 1.8.4 轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子流量計 gz up gz up 0 2 00 1 2 11 22 )( 2 )( 2 1 2 01001 uugzzpp 在在0-0、1-1面間列伯努利方程：面間列伯努利方程： 重力重力 浮浮力力 升力升力 u0 0 0 1 1 u1 10 zz )( 2 2 1 2 001 uupp ff AuuApp 2 1 2 001 2 gVAuu fff 2 1 2 0 2 gVA A A

17、u fff 2 1 02 0 1 2 1100 AuAu f ff A gV A A u 2 1 1 2 1 0 0 p R C 1.8.4 轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子流量計 gVAp fff )( 34 p C A gV Cu R f ff R 2 2 0 f ff RRR A gV ACAuV 2 0 R C -流量系數(shù)，無單位，與轉(zhuǎn)子形狀及流量系數(shù)，無單位，與轉(zhuǎn)子形狀及Re有關(guān)。有關(guān)。 R A -轉(zhuǎn)子與玻璃管間的環(huán)隙截面積，轉(zhuǎn)子與玻璃管間的環(huán)隙截面積， m2 1.8.4 轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子流量計 3. 安裝注意事項安裝注意事項 v轉(zhuǎn)子流量計必須轉(zhuǎn)子流量計必須垂直安裝，垂直安裝，且且下進、上出下進、上出； v應(yīng)應(yīng)安裝支路安裝支路，以便于檢修。，以便于檢修。 4. 特點特點 優(yōu)點優(yōu)點：讀取流量直觀方便讀取流量直觀方便；阻力損失小阻力損失?。粶y；測 量精度高；能適用于