第三章 流體流動(dòng)過

1、第三章第三章 流體流動(dòng)流體流動(dòng)過程與流體輸送設(shè)備過程與流體輸送設(shè)備3.1流體的基本性質(zhì)（P95）1 密度密度 (1)定義：?jiǎn)挝惑w積流體所具有的質(zhì)量，稱為流體的密度，其表達(dá)式為式中 流體的密度，kg/m3；m流體的質(zhì)量，kg；V流體的體積，m3。不同的流體密度是不同的，對(duì)一定的流體，密度是壓力p和T的函數(shù)，可用下式表示f（p，T） （1-2）氣體的密度隨壓力和溫度的變化較大，當(dāng)壓力不太高、溫度不太低時(shí)，氣體的密度可近似地按理想氣體狀態(tài)方程式計(jì)算 （2）混合氣體的平均分子量Mm代替，即m y1 + 2y2 + + nyn (3-4)式中 i、氣體混合物各組分的分子量；yi 氣體混合物各組分的摩爾分

2、率。（3）混合液體的密度m:1、2、，n液體混合物中各組分的質(zhì)量分率； 2、比容比容 （P96） 單位質(zhì)量流體的體積，稱為流體的比容，用符號(hào)v表示，單位為m3/kg，則3、壓壓 力（力（P97）（1）定義：流體垂直作用于單位面積上的力，稱為流體的壓強(qiáng)，簡(jiǎn)稱壓強(qiáng)。習(xí)慣上稱為壓力。p=F/A 壓力的單位是N/m2，稱為帕斯卡，以Pa表示。(2)單位換算：1(atm)=101300Pa=10330kgf/m2=1.033kgf/cm2=10.33mH2O=760mmHg （3）表壓：以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽榛鶞?zhǔn)，則稱為表壓(gauge pressure)。以絕對(duì)真空(即零大氣壓)為基準(zhǔn)，稱為絕對(duì)壓力（abso

3、lute pressure）。表壓絕對(duì)壓力大氣壓力（4）真空度：當(dāng)被測(cè)流體的絕對(duì)壓力小于大氣壓時(shí)，其低于大氣壓的數(shù)值稱為真空度（vacuum）。真空度大氣壓力絕對(duì)壓力4、 流量與流速（流量與流速（P98）（1）體積流量 ：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流體流經(jīng)管道任一截面的體積，稱為體積流量（volumetric flow rate），以qv表示，其單位為m3/s。（ 2）.質(zhì)量流量 ：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流體流經(jīng)管道任一截面的質(zhì)量，稱為質(zhì)量流量(mass flow rate)，以qm表示，其單位為kg/s。體積流量與質(zhì)量流量之間的關(guān)系為qm = qv（3）平均流速 ：流速是指單位時(shí)間內(nèi)液體質(zhì)點(diǎn)在流動(dòng)方向上所流經(jīng)的距離。u

4、 qv /S= qm/S （3-9）（4）質(zhì)量流速 ：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流體流經(jīng)管道單位截面的質(zhì)量稱為質(zhì)量流速（mass velocity），以表示，單位為kg/m2s。它與流速及流量的關(guān)系為 qm/S=u （3-10）*流量一般為生產(chǎn)任務(wù)所決定，而合理的流速則應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)權(quán)衡決定，一般液體流速為0.53m/s。氣體為1030m/s。某些流體在管道中的常用流速范圍。 管徑大小與費(fèi)用的關(guān)系管徑大小與費(fèi)用的關(guān)系ududVs22785. 04 uVds785. 0 u，d，管內(nèi)阻力，管內(nèi)阻力，能量消耗，能量消耗，泵、風(fēng)機(jī)設(shè)備操作費(fèi)，泵、風(fēng)機(jī)設(shè)備操作費(fèi)用用；但；但d，設(shè)備投資費(fèi)用，設(shè)備投資費(fèi)用，總費(fèi)用有一最小值

5、，因此是個(gè)，總費(fèi)用有一最小值，因此是個(gè)優(yōu)化的問題。優(yōu)化的問題。 操作費(fèi)用操作費(fèi)用最優(yōu)管徑最優(yōu)管徑費(fèi)用費(fèi)用管徑管徑設(shè)備投資費(fèi)用設(shè)備投資費(fèi)用總費(fèi)用總費(fèi)用經(jīng)驗(yàn)值：高粘度液體的流速經(jīng)驗(yàn)值：高粘度液體的流速0.51 m/s，液體，液體的流速的流速1.53m/s，氣體氣體1020m/s,高壓高壓氣體氣體1525m/s,飽和水蒸汽飽和水蒸汽2040m/s,過熱水蒸汽過熱水蒸汽3050m/s.5. 牛頓粘性定律與流體的粘度牛頓粘性定律與流體的粘度（1 1）牛頓粘性定律）牛頓粘性定律 影響流體流動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦大小的因素很多，其中屬于物理影響流體流動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦大小的因素很多，其中屬于物理性質(zhì)方面的是流體的粘性。衡量流體

6、粘性大小的物理量稱為性質(zhì)方面的是流體的粘性。衡量流體粘性大小的物理量稱為粘度粘度。A u=0B u=0B uA u=0 x yyudd（1-28）動(dòng)力粘度簡(jiǎn)稱粘度，動(dòng)力粘度簡(jiǎn)稱粘度，Pas 速度梯度速度梯度(2）粘度的單位）粘度的單位 sPamsNmm/sN/mdd22 yu SI制制sPa10cP005. 13C20o 記：記： （泊泊）Pscmgcmsdyncmcm/sdyn/cmdd22 yu cgs制制cP1000P10sPa1P0.01)cP( ，厘泊工程制工程制 1kgf s/m2 = 9810cP5、粘度粘度 （P99100）（1）粘性：流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)，稱為粘性。流

7、體粘性越大，其流動(dòng)性就越小。（2） 牛頓粘性定律 （3）粘度： 式中為比例系數(shù)，稱為粘性系數(shù)，或動(dòng)力粘度（viscosity）。粘的物理意義為：?jiǎn)挝幻娣e上所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力大小。顯然，流體的粘度越大，在流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力也就越大。（4）粘度的單位： Pas 1cP=10-3 Pas （5）溫度、壓力與粘度的關(guān)系： 溫度對(duì)液體粘度的影響很大，當(dāng)溫度升高時(shí)，液體的粘度減小，而氣體的粘度增大。壓力對(duì)液體粘度的影響很小，可忽略不計(jì)，而氣體的粘度，除非在極高或極低的壓力下，可以認(rèn)為與壓力無(wú)關(guān)。(6)運(yùn)動(dòng)粘度：/ （3-15）3.2流體流動(dòng)基本規(guī)律（P101） 1、定態(tài)流動(dòng)與不定態(tài)流動(dòng)定態(tài)流動(dòng)與不定態(tài)流動(dòng)

8、 ：流體在管道中流動(dòng)時(shí)，在任一點(diǎn)上的流速、壓力有關(guān)物理參數(shù)都不隨時(shí)間而改變，這種流動(dòng)稱為定態(tài)定態(tài)流動(dòng)(steady flow)。 若流動(dòng)的流體中，任一點(diǎn)上的物理參數(shù)，有部分或全部隨時(shí)間而改變，這種流動(dòng)稱為不定態(tài)定態(tài)流動(dòng)(unsteady flow)。 2、連續(xù)性方程式：流體定態(tài)流動(dòng)過程的物料衡算。連續(xù)性方程式：流體定態(tài)流動(dòng)過程的物料衡算。 1S1u12S2u2=常數(shù)常數(shù) 若液體不可壓縮，常數(shù)，則上式可簡(jiǎn)化為Su常數(shù) 3. 能量衡算-柏努利方程（柏努利方程（P102）(1.)理想流體的柏努利方程：柏努利方程：上式稱為柏努利方程式，適用于不可壓縮非粘性的流體。因此，通常把非粘性的流體稱為理想液體，

9、故又稱上式為理想液體柏努利方程式。 (2).柏努利方程式的物理意義 ： 位能、靜壓能及動(dòng)能機(jī)械能，這三種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)換。(3).實(shí)際流體的柏努利方程：柏努利方程：*A.實(shí)際流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，由于流體的內(nèi)摩擦作用，不可避免要消耗一部分機(jī)械能。實(shí)際流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，由于流體的內(nèi)摩擦作用，不可避免要消耗一部分機(jī)械能。 B.化工生產(chǎn)中，常常需要將流體從總能量較小的地方輸送到較大的地方。這一過程是不能自動(dòng)進(jìn)行的，需要從外界向流體輸入機(jī)械功H，以補(bǔ)償管路兩截面處的總能量之差以及流體流動(dòng)的能量損失. 氣體的伯努利方程氣體的伯努利方程(5)不定態(tài)流動(dòng)不定態(tài)流動(dòng) 在工程實(shí)際中有時(shí)會(huì)遇到不定態(tài)流動(dòng)的狀

10、態(tài)，如開工在工程實(shí)際中有時(shí)會(huì)遇到不定態(tài)流動(dòng)的狀態(tài)，如開工階段，此時(shí)可根據(jù)某個(gè)流動(dòng)的瞬間列出物料衡算式（微分階段，此時(shí)可根據(jù)某個(gè)流動(dòng)的瞬間列出物料衡算式（微分方程），然后進(jìn)行積分。方程），然后進(jìn)行積分。(4) 對(duì)可壓縮流體（如氣體）對(duì)可壓縮流體（如氣體） 對(duì)可壓縮流體，其對(duì)可壓縮流體，其是隨壓力的變化而變化的，在流體是隨壓力的變化而變化的，在流體輸送過程中，輸送過程中，p是變化的，因此是變化的，因此也是變化的，但是對(duì)于也是變化的，但是對(duì)于短距短距離輸送離輸送，可把，可把看作常數(shù)，或者當(dāng)看作常數(shù)，或者當(dāng)2%2021m121 時(shí)時(shí)ppp4. 流體流動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用舉例流體流動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用舉例(P105)柏

11、努利方程應(yīng)用時(shí)要注意事項(xiàng)：柏努利方程應(yīng)用時(shí)要注意事項(xiàng)： 畫出示意圖；畫出示意圖； 上、下游截面以及基準(zhǔn)水平面要在圖中標(biāo)出；上、下游截面以及基準(zhǔn)水平面要在圖中標(biāo)出；截面應(yīng)與流動(dòng)方向垂直，兩截面間流體應(yīng)該是截面應(yīng)與流動(dòng)方向垂直，兩截面間流體應(yīng)該是連續(xù)不斷連續(xù)不斷的；的； 各個(gè)物理量的單位要各個(gè)物理量的單位要 一致；一致； 壓強(qiáng)要注意其基準(zhǔn)，等式兩邊要用同一基準(zhǔn)；壓強(qiáng)要注意其基準(zhǔn)，等式兩邊要用同一基準(zhǔn)； 所取截面應(yīng)該是已知條件最多的，或待求物理量應(yīng)取在兩所取截面應(yīng)該是已知條件最多的，或待求物理量應(yīng)取在兩 截面之間，或在其中一個(gè)截面上；截面之間，或在其中一個(gè)截面上； 等號(hào)左邊是上游截面，右邊是下游截面

12、，阻力是加在下游等號(hào)左邊是上游截面，右邊是下游截面，阻力是加在下游 截面?zhèn)?；截面?zhèn)龋?算出的結(jié)果的壓強(qiáng)后面應(yīng)加上真空度、表壓或絕壓。算出的結(jié)果的壓強(qiáng)后面應(yīng)加上真空度、表壓或絕壓。3.3 流體靜力學(xué)基本方程式流體靜力學(xué)基本方程式Z1+p1/gp2/g Z2 由上式可知，壓力或壓力差的大小可用液柱高度來表示。ppagh當(dāng)液面上方的壓力一定時(shí)，在靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)壓力的大小，與液體本身的密度和該點(diǎn)距液面的深度有關(guān)。因此，在靜止的、連續(xù)的同一液體內(nèi)，處于同一水平面上的各點(diǎn)，因其嘗試相同，其壓力亦相等。此壓力相等的水平面，稱為等壓面。 當(dāng)液面的上方壓力pa有變化時(shí)，必將引起液體內(nèi)部各點(diǎn)壓力發(fā)生同樣大小的變

13、化。這就是巴斯噶原理。 (二二)流體靜力學(xué)基本方程式的應(yīng)用流體靜力學(xué)基本方程式的應(yīng)用(p108109) 1、流體壓力差的測(cè)量、流體壓力差的測(cè)量 p1p2R（i）g *測(cè)量氣體時(shí)，由于氣體的密度比指示液的密度i小得多，故i i ，式可簡(jiǎn)化為p1p2R i g 1 流體壓力的測(cè)定流體壓力的測(cè)定(2) U(2) U形測(cè)壓管形測(cè)壓管U形測(cè)壓管如圖所示。形測(cè)壓管如圖所示。等壓面等壓面在何處？在何處？ A點(diǎn)的點(diǎn)的表壓表壓為：為： 1iaAghgRpp 12面為等壓面，面為等壓面，p1p2 1A1ghpp gRppia2 1iaAghgRpp 由此求得由此求得A點(diǎn)的點(diǎn)的絕壓絕壓為為gRppiaA 若被測(cè)流體

14、為若被測(cè)流體為氣體氣體，因氣體的密度，因氣體的密度很小，則由氣柱很小，則由氣柱h1造造成的靜壓成的靜壓gh1可以忽略，得可以忽略，得A點(diǎn)的表壓為點(diǎn)的表壓為A1hR12apU形測(cè)壓管形測(cè)壓管i(3)斜管壓差計(jì)（inclined manometer）當(dāng)被測(cè)量的流體壓力或壓差不大時(shí)，讀數(shù)R必然很小，為得到精確的讀數(shù)，可采用如圖所示的斜管壓差計(jì)此時(shí)R與R的關(guān)系為RR/sin 式中為傾斜角，其值愈小，則R值放大為R的倍數(shù)愈大。(4)微差壓差計(jì)（two-liguid manometer）若斜管壓差計(jì)所示的讀數(shù)仍然很小，則可采用微差壓差計(jì),其構(gòu)造如圖。在U管中放置兩種密度不同、互不相容的指示液，管的上端有擴(kuò)

15、張室，擴(kuò)張室有足夠大的截面積，當(dāng)讀數(shù)R變化時(shí)，兩擴(kuò)張室中液面不致有明顯的變化。按靜力學(xué)基本方程式可推出P1P2PRg（PaPb）式中Pa、Pb分別表示重、輕兩種指示液的密度，kg/m3。從上式可看出，對(duì)于一定的壓差，（PaPb）愈小則讀數(shù)R愈大，所以應(yīng)該使用兩種密度接近的指示液。1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)1.1 1.1 流體靜力學(xué)基本方程流體靜力學(xué)基本方程（5）倒）倒U形管壓差計(jì)形管壓差計(jì) gRppi21 hRi12134p1p22.液面測(cè)定液面測(cè)定 將一裝有指示液的U型管壓差計(jì)3的兩端分別與容器內(nèi)的液體和平衡器內(nèi)的液體連通。容器里的液面高度可根據(jù)壓差計(jì)的讀數(shù)R求得。液面越高，讀數(shù)越小。當(dāng)液面達(dá)到最

16、大高度時(shí)，壓差計(jì)的讀數(shù)為零。若把U型管壓差計(jì)換上一個(gè)能夠變換和傳遞壓差讀數(shù)的傳感器，這種測(cè)量裝置便可以與自動(dòng)控制系統(tǒng)連接起來 .3.確定液封高度確定液封高度 在化工生產(chǎn)中，為了控制設(shè)備內(nèi)氣體壓力不超過規(guī)定的數(shù)值，常常裝有如圖所示的安全液封（或稱為水封）裝置。其作用是當(dāng)設(shè)備內(nèi)壓力超過規(guī)定值時(shí)，氣體就從液封管排出，以確保設(shè)備操作的安全。 3.3.2流速和流量測(cè)量流速和流量測(cè)量(P109)(P109)1 1 皮托管皮托管 測(cè)速管測(cè)速管（1 1）結(jié)構(gòu)原理）結(jié)構(gòu)原理ABRuri圖圖1-37 測(cè)速管測(cè)速管內(nèi)管相當(dāng)于一個(gè)沖壓管，內(nèi)管內(nèi)管相當(dāng)于一個(gè)沖壓管，內(nèi)管傳遞的是傳遞的是A點(diǎn)的沖壓頭，即點(diǎn)的沖壓頭，即gp

17、gugphr 22AA通過側(cè)壁小孔從外管傳遞出的是通過側(cè)壁小孔從外管傳遞出的是B點(diǎn)的靜壓頭點(diǎn)的靜壓頭 gRuir 2gRpp)(iBA gpgph BBgugpphhr22BABA / )(2)(2BABApphhgur （2） 平均速度平均速度 u 的測(cè)定的測(cè)定測(cè)速管所測(cè)的是管道截面上某一點(diǎn)的軸向速度測(cè)速管所測(cè)的是管道截面上某一點(diǎn)的軸向速度ur。若要測(cè)定。若要測(cè)定截面上的平均速度，應(yīng)測(cè)定管中心至管壁若干點(diǎn)的速度，截面上的平均速度，應(yīng)測(cè)定管中心至管壁若干點(diǎn)的速度，然后用積分法求其平均值。若已知管截面上的速度分布規(guī)然后用積分法求其平均值。若已知管截面上的速度分布規(guī)律，也可根據(jù)管中心的速度與平均速

18、度的關(guān)系求出平均速律，也可根據(jù)管中心的速度與平均速度的關(guān)系求出平均速度。度。u/uc與管內(nèi)與管內(nèi)Re的大小有關(guān)，如圖的大小有關(guān)，如圖1-38所示。若要求平均所示。若要求平均速度，可將皮托管放在管道中心線上（速度，可將皮托管放在管道中心線上（r = 0），測(cè)出最大），測(cè)出最大流速流速uc ，求出，求出Remax =duc/，查圖查圖1-38，求出，求出u/uc再求出再求出u。（3）皮托管的安裝）皮托管的安裝 測(cè)量點(diǎn)應(yīng)取在充分發(fā)展了的流動(dòng)管段，保證位于均勻流段，即測(cè)測(cè)量點(diǎn)應(yīng)取在充分發(fā)展了的流動(dòng)管段，保證位于均勻流段，即測(cè)量點(diǎn)距管口或轉(zhuǎn)彎處量點(diǎn)距管口或轉(zhuǎn)彎處l /L0 50d。 應(yīng)與流動(dòng)方向平行安置

19、，保證管口截面應(yīng)與流動(dòng)方向平行安置，保證管口截面嚴(yán)格垂直嚴(yán)格垂直于流動(dòng)方向。于流動(dòng)方向。 測(cè)速管外徑測(cè)速管外徑d0 d/50。（4）皮托管的優(yōu)、缺點(diǎn)）皮托管的優(yōu)、缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：誤差小，與實(shí)際值的誤差一般可在：誤差小，與實(shí)際值的誤差一般可在1%以內(nèi)；阻力小，以內(nèi)；阻力小，適于測(cè)量大直徑氣體管道內(nèi)的流速。適于測(cè)量大直徑氣體管道內(nèi)的流速。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：不能直接測(cè)出平均速度，壓差讀數(shù)小，常要放大：不能直接測(cè)出平均速度，壓差讀數(shù)小，常要放大才讀得準(zhǔn)確。才讀得準(zhǔn)確。2 孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)在管道內(nèi)插入一片與管軸線垂直且中在管道內(nèi)插入一片與管軸線垂直且中央開圓孔的金屬板，就構(gòu)成了孔板央開圓孔的金屬板，就構(gòu)成了

20、孔板流量計(jì)，如圖所示。流量計(jì)，如圖所示。(板上的孔要板上的孔要精細(xì)加工，安裝時(shí)從前到后逐漸擴(kuò)精細(xì)加工，安裝時(shí)從前到后逐漸擴(kuò)大，孔的中心位于管道中心線上，大，孔的中心位于管道中心線上，其側(cè)邊與管軸成其側(cè)邊與管軸成45o角，稱為角，稱為銳孔銳孔)流體通過孔板后，流速可回到原來流體通過孔板后，流速可回到原來的值，即流經(jīng)孔板前后流速不變，的值，即流經(jīng)孔板前后流速不變，但靜壓卻沒有恢復(fù)到孔板前（截面但靜壓卻沒有恢復(fù)到孔板前（截面1處）的數(shù)值，流體在流經(jīng)孔板克處）的數(shù)值，流體在流經(jīng)孔板克服流動(dòng)阻力和孔板的局部阻力所產(chǎn)服流動(dòng)阻力和孔板的局部阻力所產(chǎn)生的壓降無(wú)法復(fù)原，這部分壓降稱生的壓降無(wú)法復(fù)原，這部分壓降稱

21、為為永久壓力降永久壓力降。由由1 2，u, p由由2 3， u, pu01102233縮脈縮脈 R孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)(2)孔板流量計(jì)中靜壓能測(cè)量方法孔板流量計(jì)中靜壓能測(cè)量方法 孔板流量計(jì)正是利用流體通過孔板時(shí)流股截面變化引起孔板流量計(jì)正是利用流體通過孔板時(shí)流股截面變化引起動(dòng)能與靜壓能的轉(zhuǎn)化，由測(cè)量靜壓能的變化來確定流量。那動(dòng)能與靜壓能的轉(zhuǎn)化，由測(cè)量靜壓能的變化來確定流量。那么靜壓能變化如何測(cè)量？主要有兩種方法。么靜壓能變化如何測(cè)量？主要有兩種方法。 角接法：測(cè)壓口在孔板兩側(cè)，盡可能接近孔板，通常在角接法：測(cè)壓口在孔板兩側(cè)，盡可能接近孔板，通常在法蘭上。法蘭上。 徑接法：兩測(cè)壓口分別在孔板上游

22、徑接法：兩測(cè)壓口分別在孔板上游1倍管徑處和下游倍管徑處和下游0.5倍管徑處。倍管徑處。 (3)孔板流量計(jì)公式推導(dǎo)孔板流量計(jì)公式推導(dǎo) 忽略流體從截面忽略流體從截面1-1流動(dòng)至孔口流動(dòng)至孔口0-0的阻力損失，根據(jù)柏的阻力損失，根據(jù)柏努利方程有：努利方程有： gugpgugp22200211 guAAguugpp21220210212001 0011AuAu 0121002)(11ppAAu (3)孔板流量計(jì)公式推導(dǎo)孔板流量計(jì)公式推導(dǎo) 考慮到兩取壓口之間有阻力損失，將上式右邊加一校正考慮到兩取壓口之間有阻力損失，將上式右邊加一校正系數(shù)系數(shù)CD孔流系數(shù)孔流系數(shù) 01001210D0221ppCppAA

23、Cu 01002ppCu 01000002ppACAuVVss (4)孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)-流速和流量測(cè)量流速和流量測(cè)量若采用正若采用正U型管壓差計(jì)測(cè)量壓型管壓差計(jì)測(cè)量壓差，則：差，則： gRCui 200 gRACVis 200u01102233縮脈縮脈 R孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)(5)孔板流量計(jì)的孔流系數(shù)孔板流量計(jì)的孔流系數(shù)C0 C0與哪些因素有關(guān)？與哪些因素有關(guān)？ C0主要取決于管道流動(dòng)的主要取決于管道流動(dòng)的Re1和和面積比面積比m 、測(cè)壓方式、孔口形狀、測(cè)壓方式、孔口形狀、加工光潔度、孔板厚度和管壁粗糙加工光潔度、孔板厚度和管壁粗糙度也對(duì)度也對(duì)C0有影響。對(duì)以上情況都規(guī)有影響。對(duì)以上情況都

24、規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)孔板，定的標(biāo)準(zhǔn)孔板， C0 = f(Re1 , m)，其其關(guān)系由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。關(guān)系由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。 000111udReudRe 不是不是 如圖所示為標(biāo)準(zhǔn)孔板（角如圖所示為標(biāo)準(zhǔn)孔板（角接法）的接法）的C0曲線，此圖為曲線，此圖為單對(duì)單對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖。數(shù)坐標(biāo)圖。1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流速和流量測(cè)量流速和流量測(cè)量在圖中在圖中Re極限允許極限允許線右端，線右端， C0不不再隨再隨Re1而變，成為一個(gè)僅決定而變，成為一個(gè)僅決定于于m的常數(shù)。選用孔板流量計(jì)時(shí)的常數(shù)。選用孔板流量計(jì)時(shí)應(yīng)盡量使常用流量時(shí)的應(yīng)盡量使常用流量時(shí)的Re1數(shù)在數(shù)在該范圍內(nèi)，此時(shí)該范圍內(nèi)，此時(shí)VSR0.5。由圖。由圖查出查出C0代入代入V

25、S計(jì)算式求計(jì)算式求VS 。 若若C0與與VS即與即與Re1有關(guān)，必有關(guān)，必須用試差法求須用試差法求VS 。（2 2）孔板流量計(jì)的安裝和阻力損失）孔板流量計(jì)的安裝和阻力損失 孔板流量計(jì)安裝時(shí)，在上游和下游必須分別有孔板流量計(jì)安裝時(shí)，在上游和下游必須分別有（1540）d和和5d的直管距離。的直管距離。 孔板流量計(jì)的缺點(diǎn)是阻力損失大。這一阻力孔板流量計(jì)的缺點(diǎn)是阻力損失大。這一阻力損失是由于流體與孔板的摩擦阻力，尤其是縮脈后損失是由于流體與孔板的摩擦阻力，尤其是縮脈后流道突然擴(kuò)大形成大量旋渦造成的。流道突然擴(kuò)大形成大量旋渦造成的。pf,0可寫成可寫成gRddppddpi）（ )(1 )()(1 210

26、012100f,d0/ d1及（及（ p1 p0）時(shí)，時(shí)， pf,0 愈大愈大。d0/ d1 即即m，則，則C0，R,讀數(shù)準(zhǔn)確，但讀數(shù)準(zhǔn)確，但u0，pf,0 ；d0/ d1，m ，C0，R，讀數(shù)不準(zhǔn)確，讀數(shù)不準(zhǔn)確，u0，pf,0 。 選用孔板的中心問題是選擇適當(dāng)面積比選用孔板的中心問題是選擇適當(dāng)面積比m，兼顧適宜讀數(shù)，兼顧適宜讀數(shù)和和pf,0 。3 文丘里管流量計(jì)文丘里管流量計(jì)(P111)將測(cè)量管段制成將測(cè)量管段制成漸縮漸擴(kuò)管漸縮漸擴(kuò)管，避免了突然縮小和突然擴(kuò)大，避免了突然縮小和突然擴(kuò)大，阻力損失大大降低。這種管稱為阻力損失大大降低。這種管稱為文丘里管文丘里管。在距文丘里管開。在距文丘里管開始

27、收縮處之前至少始收縮處之前至少1/2管徑處設(shè)為上游取壓口，下游取壓口通管徑處設(shè)為上游取壓口，下游取壓口通常設(shè)在文氏喉（最小截面）附近，兩取壓口連接常設(shè)在文氏喉（最小截面）附近，兩取壓口連接U壓差計(jì)，就壓差計(jì)，就構(gòu)成構(gòu)成文丘里流量計(jì)文丘里流量計(jì)。文丘里管收縮角通常為文丘里管收縮角通常為15o20o，擴(kuò)大角，擴(kuò)大角一般為一般為5o7o 。由于它的漸縮漸擴(kuò)結(jié)構(gòu)使流體流速改變時(shí)不形。由于它的漸縮漸擴(kuò)結(jié)構(gòu)使流體流速改變時(shí)不形成旋渦成旋渦,故阻力小，永久壓力降僅占?jí)翰钭x數(shù)的故阻力小，永久壓力降僅占?jí)翰钭x數(shù)的10%左右。左右。(2)文丘里管的流量計(jì)算文丘里管的流量計(jì)算將孔板流量計(jì)的流量計(jì)算式中將孔板流量計(jì)的

28、流量計(jì)算式中Co改為文丘里管的流量系數(shù)改為文丘里管的流量系數(shù)CV，即可用于文丘里管的流量計(jì)算：，即可用于文丘里管的流量計(jì)算： isgRACAuV2oVoo式中式中CV為文丘里管的流量系數(shù)，為文丘里管的流量系數(shù)， CV約為約為0.980.99；Ao為文丘為文丘里管喉部面積，里管喉部面積，m2；uo為喉孔流速，為喉孔流速，m/s。 由于阻力損失小，相同壓差讀數(shù)下文丘里管的流量比孔由于阻力損失小，相同壓差讀數(shù)下文丘里管的流量比孔板大，它對(duì)測(cè)量含有固體顆粒的液體也較孔板合用。其缺點(diǎn)板大，它對(duì)測(cè)量含有固體顆粒的液體也較孔板合用。其缺點(diǎn)是加工較難、精度要求高，因而造價(jià)高，安裝時(shí)需占去一定是加工較難、精度要

29、求高，因而造價(jià)高，安裝時(shí)需占去一定管長(zhǎng)位置。管長(zhǎng)位置。4 變截面流量計(jì)變截面流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)(P112) 孔板流量計(jì)和文丘里流量計(jì)均是孔板流量計(jì)和文丘里流量計(jì)均是恒截面變壓差恒截面變壓差（變阻（變阻力）流量計(jì)。變阻力流量計(jì)是人為設(shè)置一阻力構(gòu)件（如孔力）流量計(jì)。變阻力流量計(jì)是人為設(shè)置一阻力構(gòu)件（如孔板），造成局部阻力（壓降），利用能量守恒原理及連續(xù)板），造成局部阻力（壓降），利用能量守恒原理及連續(xù)性方程關(guān)聯(lián)此壓降與流速乃至流量的關(guān)系。下面介紹另一性方程關(guān)聯(lián)此壓降與流速乃至流量的關(guān)系。下面介紹另一種種恒壓差變截面恒壓差變截面的流量計(jì)的流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)。轉(zhuǎn)子流量計(jì)。 （1）轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作

30、原理）轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作原理主體是一倒錐形玻璃管，錐角約主體是一倒錐形玻璃管，錐角約4o左右。左右。(2)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的公式推導(dǎo)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的公式推導(dǎo)0u11000u1up0轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)如右圖所示，當(dāng)轉(zhuǎn)子處于平衡位置如右圖所示，當(dāng)轉(zhuǎn)子處于平衡位置時(shí)，流體作用于轉(zhuǎn)子的力應(yīng)達(dá)到平時(shí)，流體作用于轉(zhuǎn)子的力應(yīng)達(dá)到平衡衡, ,即即 gVAppfff01 在在1-1與與0-0截面間列機(jī)械能恒算式得截面間列機(jī)械能恒算式得)(221201001uuzzgpp ）（f2120f10f01)(2AuuAzzgApp ）（）（浮力浮力升力升力gVAuu）（ fff2120)(2凈重力凈重力(3)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的公式轉(zhuǎn)子

31、流量計(jì)的公式u0A0= u1A1gVAAAu）（ fff2102012 fff2100)(2)/(11AgVAAu fffR0)(2AgVCu 考慮到轉(zhuǎn)子的形狀不是圓柱體且存在阻力損失，引入校正系考慮到轉(zhuǎn)子的形狀不是圓柱體且存在阻力損失，引入校正系數(shù)，并與前面的系數(shù)合并為系數(shù)數(shù)，并與前面的系數(shù)合并為系數(shù)CR（流量系數(shù)），上式變?yōu)椋髁肯禂?shù)），上式變?yōu)榱髁苛髁?fff0R00)(2AgVACAuVs 轉(zhuǎn)子流量計(jì)的公式轉(zhuǎn)子流量計(jì)的公式 式中式中CR與那些因素有關(guān)呢？與那些因素有關(guān)呢？ CR與轉(zhuǎn)子形狀、流動(dòng)阻力即與轉(zhuǎn)子形狀、流動(dòng)阻力即環(huán)隙雷諾數(shù)環(huán)隙雷諾數(shù)Re0=du0/有關(guān)。有關(guān)。 轉(zhuǎn)子的形狀有不同

32、，在讀數(shù)時(shí)，應(yīng)讀轉(zhuǎn)子的哪個(gè)位置呢？轉(zhuǎn)子的形狀有不同，在讀數(shù)時(shí)，應(yīng)讀轉(zhuǎn)子的哪個(gè)位置呢？ 最大截面處最大截面處。流量流量 fff0R00)(2AgVACAuVs （3）轉(zhuǎn)子流量計(jì)的特點(diǎn)）轉(zhuǎn)子流量計(jì)的特點(diǎn)恒壓差、變截面（恒流速）恒壓差、變截面（恒流速）因因Vf、Af、f 、g一定，一定，p1p0一定，一定，恒壓差恒壓差成立。但流量成立。但流量Vs不同時(shí)，轉(zhuǎn)子停留位置改變（不同時(shí)，轉(zhuǎn)子停留位置改變（變截面變截面），環(huán)隙面積改變（），環(huán)隙面積改變（因?yàn)槭清F形玻璃管），若因?yàn)槭清F形玻璃管），若Vs ，環(huán)隙面積，環(huán)隙面積 ，環(huán)隙流速，環(huán)隙流速u0基基本不變（本不變（恒流速恒流速）。）。轉(zhuǎn)子流量計(jì)恒壓差、變截

33、面（恒流速轉(zhuǎn)子流量計(jì)恒壓差、變截面（恒流速）的這一特點(diǎn)導(dǎo)致的后果是）的這一特點(diǎn)導(dǎo)致的后果是常常數(shù)數(shù) 220fuw 即轉(zhuǎn)子流量計(jì)的永久阻力損失不隨流量而變，因而即轉(zhuǎn)子流量計(jì)的永久阻力損失不隨流量而變，因而轉(zhuǎn)子流轉(zhuǎn)子流量計(jì)常用于測(cè)量流量范圍變化較寬的場(chǎng)合量計(jì)常用于測(cè)量流量范圍變化較寬的場(chǎng)合。（4）轉(zhuǎn)子流量計(jì)的刻度換算）轉(zhuǎn)子流量計(jì)的刻度換算轉(zhuǎn)子流量計(jì)在出廠前，不是提供流量系數(shù)轉(zhuǎn)子流量計(jì)在出廠前，不是提供流量系數(shù)CR而是直接用而是直接用20 的水（測(cè)量液體的轉(zhuǎn)子流量計(jì)）或的水（測(cè)量液體的轉(zhuǎn)子流量計(jì)）或20 、1atm的空氣（測(cè)的空氣（測(cè)量氣體的轉(zhuǎn)子流量計(jì)）進(jìn)行標(biāo)定，將流量值刻于玻璃管上。量氣體的轉(zhuǎn)子流

34、量計(jì)）進(jìn)行標(biāo)定，將流量值刻于玻璃管上。實(shí)際使用時(shí)，若被測(cè)流體與上述條件不符時(shí)，應(yīng)做刻度換算實(shí)際使用時(shí)，若被測(cè)流體與上述條件不符時(shí)，應(yīng)做刻度換算。如何進(jìn)行換算呢？。如何進(jìn)行換算呢？ ffssVV ffssmm思考題：轉(zhuǎn)子思考題：轉(zhuǎn)子Vf、Af不變，不變，f 變，刻度如何換算？變，刻度如何換算？（4 4）轉(zhuǎn)子流量計(jì)的安裝）轉(zhuǎn)子流量計(jì)的安裝應(yīng)嚴(yán)格垂直安裝應(yīng)嚴(yán)格垂直安裝3.4管內(nèi)流體流動(dòng)的阻力(P113) 1.管、管件及閥門簡(jiǎn)介2、流體流動(dòng)形態(tài)（、流體流動(dòng)形態(tài)（P115118）（1 1）雷諾實(shí)驗(yàn)）雷諾實(shí)驗(yàn)水水水平玻璃管水平玻璃管水箱水箱細(xì)管細(xì)管水水溢流堰溢流堰小瓶（密度與水相近）小瓶（密度與水相近）閥

35、閥雷諾實(shí)驗(yàn)雷諾實(shí)驗(yàn)圖（圖（a a）層流）層流圖（圖（b b）湍流）湍流1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)1.3 1.3 流體流動(dòng)現(xiàn)象流體流動(dòng)現(xiàn)象（2 2）流型的判據(jù)）流型的判據(jù) du Re 0002233smkgsmm/skgkg/mm/smsPakg/mm/smRe ud層流（層流（Laminar Flow）：）：Re 4000；2000 Re 1000）常認(rèn)為三通局部阻）常認(rèn)為三通局部阻力相對(duì)于直管沿程阻力而言很小可以忽略，跨過力相對(duì)于直管沿程阻力而言很小可以忽略，跨過O點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算。C2CB2BA2Aududud sCsBsAVVV 1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流體輸送管路的計(jì)算流體輸送管路的計(jì)算3

36、333,dlu，2222,dlu，1111,dluABC分支管路示意圖分支管路示意圖OBOf,2BBB2OOOO22 wupgzupgzE COf,2CCC2 wupgz OAf,2OOO2AAA22 wupgzwupgze OAf,Oe2AAA2 wEwupgz BOf,OAf,2BBB2 wwupgz COf,OAf,2CCC2 wwupgz 對(duì)于分支或匯合管路，無(wú)論對(duì)于分支或匯合管路，無(wú)論各支管內(nèi)的流量是否相等，在分各支管內(nèi)的流量是否相等，在分支點(diǎn)支點(diǎn)O處的總機(jī)械能為定值。處的總機(jī)械能為定值。1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流體輸送管路的計(jì)算流體輸送管路的計(jì)算 對(duì)于匯合管路，同樣可以根據(jù)匯合點(diǎn)處的總

37、機(jī)械能為對(duì)于匯合管路，同樣可以根據(jù)匯合點(diǎn)處的總機(jī)械能為定值進(jìn)行分析。定值進(jìn)行分析。l1d1u11l2d2u22l3d3u33BCAO匯合管匯合管路路OAf,2AAAO2 wupgzwEe OBf,O2BBB2 wEwupgze COf,O2CCC2 wEwupgze 1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流體輸送管路的計(jì)算流體輸送管路的計(jì)算 例例 1 0 - 1 3 如 下 圖 所 示 ， 高 位 水 箱 下 面 接 一如 下 圖 所 示 ， 高 位 水 箱 下 面 接 一32mm2.5mm的水管，將水引向一樓某車間，其中，的水管，將水引向一樓某車間，其中，ABC段短管長(zhǎng)為段短管長(zhǎng)為15m。假設(shè)摩擦因數(shù)。假設(shè)摩

38、擦因數(shù)約為約為0.025，球心閥全開及，球心閥全開及半開時(shí)的阻力系數(shù)分別為半開時(shí)的阻力系數(shù)分別為6.4和和9.5，其他局部阻力可忽略。試，其他局部阻力可忽略。試問：?jiǎn)枺?12m113mAB2m2mCDE33221層樓層樓2層樓層樓 （1）當(dāng)球心閥全開時(shí)，一樓水當(dāng)球心閥全開時(shí)，一樓水管內(nèi)水的流量為多少？管內(nèi)水的流量為多少？ （2）今若在今若在C處接一相同直徑的處接一相同直徑的管子（如圖中虛線所示），也裝有管子（如圖中虛線所示），也裝有同樣的球心閥且全開，以便將水引同樣的球心閥且全開，以便將水引向離底層向離底層3m處的二樓。計(jì)算當(dāng)一樓處的二樓。計(jì)算當(dāng)一樓水管上閥門全開或半開時(shí)，一、二水管上閥門全開

39、或半開時(shí)，一、二樓水管及總管內(nèi)水的流量各為多少？樓水管及總管內(nèi)水的流量各為多少？1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流體輸送管路的計(jì)算流體輸送管路的計(jì)算 例例10-14 如圖所示，一高位槽通過一總管及兩支管如圖所示，一高位槽通過一總管及兩支管A、B分別向水槽分別向水槽C、D供水。假設(shè)總管和支管上的閥門供水。假設(shè)總管和支管上的閥門KO、KA、KB均處在全開狀態(tài)，三個(gè)水槽液面保持恒定。試分析，當(dāng)將均處在全開狀態(tài)，三個(gè)水槽液面保持恒定。試分析，當(dāng)將閥門閥門KA關(guān)小時(shí)，總管和支管的流量及分支點(diǎn)前關(guān)小時(shí)，總管和支管的流量及分支點(diǎn)前O處的壓力如處的壓力如何變化？何變化？112233K0OKBKAABDC1 流體流動(dòng)流體流動(dòng)流體輸送管路的計(jì)算流體輸送管路的計(jì)算(2) (2) 并聯(lián)管路并聯(lián)管路Vs