流量測量(新)課件

1、第六章 流體流量測量第一節(jié) 概述 一、流體的流量流量的定義：流體流量是指單位時(shí)間內(nèi)流過管道或明渠某一截面流體的量，也稱為瞬時(shí)流量。在某一段時(shí)間間隔內(nèi)流過某一截面的流體的量稱為流過的總量，也稱作積分流量或累積流量?？偭砍缘玫娇偭康臅r(shí)間就稱為該段時(shí)間內(nèi)的平均流量。流體流量的表示：一般可分為質(zhì)量流量qm和體積流量qV。 兩者之間滿足以下關(guān)系：在國際單位制中，qm的單位為kg/s，qV的單位為m3s。 二、流量測量方法1按測量對象分類 分為封閉管道流量計(jì)和明渠流量計(jì)兩類。2按輸出信號分類 分為脈沖頻率信號輸出和模擬電流（電壓）信號輸出兩類。 3按測量原理分類 按不同的測量原理，流量儀表可分為容積式、

2、速度式和質(zhì)量式三類。4按測量方法和結(jié)構(gòu)分類 將流量計(jì)分成差壓式流量計(jì)、容積式流量計(jì)、浮子流量計(jì)、葉輪式流量計(jì)、電磁流量計(jì)、流體振蕩流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)、插入式流量計(jì)、明渠流量計(jì)和其它流量計(jì)（包括激光流量計(jì)，靶式流量計(jì)、沖量流量計(jì)和標(biāo)記法流量計(jì)等）11大類。 三、流量測量中常用的術(shù)語 1流量范圍 流量計(jì)的流量范圍是指流量計(jì)在正常使用條件下，測量誤差不超過允許值的最大至最小流量范圍。最大與最小流量值的代數(shù)差稱為流量量程。在保證儀表的準(zhǔn)確度的條件下可測的最大流量與最小流量的比值通常稱作流量計(jì)的量程比。 2額定流量 流量計(jì)在規(guī)定性能或最佳性能時(shí)的流量值，稱為該流量計(jì)的額定流量。 3流量系數(shù)

3、 流量計(jì)的流量系數(shù)表示通過流量計(jì)的實(shí)際流量與理論流量的比值，一般是通過實(shí)驗(yàn)確定。4儀表系數(shù) 流量計(jì)的儀表系數(shù)表示通過流量計(jì)的單位體積流量所對應(yīng)的信號脈沖數(shù)。它是脈沖信號輸出類型流量計(jì)的一個(gè)重要參數(shù)。5流量計(jì)特性曲線 流量計(jì)特性曲線是描述隨流量變化流量計(jì)性能變化的曲線，主要有兩種不同的表示形式：一種是表示流量計(jì)的某種特性（通常是流量系數(shù)或儀表系數(shù)，也有的是某一與流量有關(guān)的輸出量）與流量q或雷諾數(shù)Re的關(guān)系；另一種是表示流量計(jì)測量誤差隨流量q或雷諾數(shù)Re變化的關(guān)系，這種特性曲線一般稱為流量計(jì)的誤差特性曲線。 流量計(jì)的特性曲線可以通過對流量計(jì)進(jìn)行理論分析而得到，而更為準(zhǔn)確可靠是通過對流量計(jì)的檢定,

4、即在整個(gè)流量計(jì)的流量范圍上進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)得到.6重復(fù)性 流量計(jì)的重復(fù)性表示用該流量計(jì)連續(xù)多次測量同一流量時(shí)給出相同結(jié)果的能力。7線性度 流量計(jì)的線性度是表示在整個(gè)流量范圍上的特性曲線偏離最佳擬合直線的程度。對于用儀表系數(shù)K來評定流量計(jì)特性的脈沖輸出流量儀表來說，其線性度通常用整個(gè)流量范圍的平均儀表系數(shù)與儀表系數(shù)對平均值的最大偏差K的比值K 來表示。 四、流量測量中常用的物理參數(shù) 在對工業(yè)管道流體流量測量時(shí)，要遇到一系列反映流體屬性和流動狀態(tài)的物理參數(shù)。1.流體的密度 流體的密度隨壓力p和溫度t而變化，在測量流量時(shí)應(yīng)該考慮流體狀態(tài)對密度的影響。 2.流體的粘度 由于粘性力作用，管內(nèi)各流體層將形

5、成一定規(guī)律的速度分布。粘度也是溫度t、壓力p的函數(shù)。 3.等熵指數(shù) 流體流經(jīng)節(jié)流元件時(shí)，因?yàn)楣?jié)流元件很短，其與外界的熱交換及摩擦生熱均可忽略，所以該過程可近似認(rèn)為是等熵的。在此過程中，流體的壓力p與比容v的k次方的乘積為常數(shù)，即 常數(shù)，k稱為等熵指數(shù)?？諝獾牡褥刂笖?shù)為1.40，過熱蒸汽的等熵指數(shù)為1.30。 4.雷諾數(shù)Re 流體流動的雷諾數(shù)是流體流動的慣性力Fg與其粘性力（內(nèi)摩擦力）Fm之比，即式中 v特征流速，在管流中為有效截面上的平均流速，ms； 流體密度,kgm3； 在工作狀態(tài)下流體的動力粘度； l流束的定型尺寸，在圓管流中為管道內(nèi)徑，m。 當(dāng)流體在圓管內(nèi)流動時(shí)，雷諾數(shù)的流量表達(dá)式為：

6、式中 qm質(zhì)量流量，kgh； D管道內(nèi)徑，mm； 動力粘度，Pas。 在工程應(yīng)用中，認(rèn)為雷諾數(shù)相等的流動其流動是相似的，因而流量儀表在某種標(biāo)定介質(zhì)（通常氣體流量計(jì)用空氣，液體流量計(jì)用水）中標(biāo)定得到的流量系數(shù)可以根據(jù)在相同雷諾數(shù)下流量系數(shù)相等的原則換算出另一種介質(zhì)（被測介質(zhì)）的流量（或流速）。這是許多流量計(jì)實(shí)際標(biāo)定的理論基礎(chǔ)。 四、流量計(jì)的校驗(yàn)與標(biāo)定 流量計(jì)的標(biāo)定是一件比較困難的工作，因?yàn)榱髁渴琴|(zhì)量或體積對時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，難以由定義直接做出流量單位的標(biāo)準(zhǔn)器。一般是在流量不變的前提下，使流體連續(xù)流入標(biāo)準(zhǔn)容器V中，精確測量流體流動的起止時(shí)間和流入容器的流體總量，用平均流量代替瞬時(shí)流量作為標(biāo)準(zhǔn)。因此，在累

7、積時(shí)間內(nèi)，必須保證流體流動高度穩(wěn)定，并且計(jì)時(shí)和計(jì)量都要足夠準(zhǔn)確。 流量標(biāo)準(zhǔn)裝置是實(shí)現(xiàn)對流量儀表標(biāo)定或校驗(yàn)的設(shè)備。 靜態(tài)容積法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置 1一水池2一排水管3一水泵4一進(jìn)水管5一高位水塔6一截止閥7一試驗(yàn)段8一被校表9一調(diào)節(jié)閥10一換向器 11、12一工作量器13、14一放水底閥第二節(jié) 容積式流量計(jì) 容積式流量計(jì)，也稱為正排量流量計(jì)，是出現(xiàn)較早的一類流量儀表。它多數(shù)是用于測量流經(jīng)管路的流體的體積流量，廣泛應(yīng)用于測量石油類流體（如原油、汽油、柴油、液化石油氣等）、飲料類流體（如酒類、食用油等）、氣體（如空氣、低壓天然氣及煤氣等）以及水的流量。 常用的容積式流量計(jì)有橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪（羅茨）

8、流量計(jì)、刮板流量計(jì)、旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)、圓盤式流量計(jì)、膜式氣體流量計(jì)、濕式氣體流量計(jì)等。 一、容積式流量計(jì)的工作原理 容積式流量計(jì)內(nèi)部都有一個(gè)具有一定容積的“計(jì)量空間”，該空間是由儀表內(nèi)的運(yùn)動部件和儀表殼體構(gòu)成的。流體通過流量計(jì)，就會在流量計(jì)進(jìn)出口之間產(chǎn)生一定的壓力差。流量計(jì)內(nèi)的運(yùn)動部件（簡稱轉(zhuǎn)子）在這個(gè)壓力差作用下將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，并將流體由入口排向出口。在這個(gè)過程中，流體一次次地充滿流量計(jì)的“計(jì)量空間”，并不斷地被送往出口。流出流體的總量為： 式中Vo為運(yùn)動部件每循環(huán)轉(zhuǎn)動一次，從流量計(jì)內(nèi)送出的流體體積。n為運(yùn)動部件的旋轉(zhuǎn)次數(shù)。容積式流量計(jì)是一種無時(shí)基的儀表，其測量時(shí)間間隔是任意選取的，因此，一般不

9、用它來測量瞬時(shí)流量，而是常用來計(jì)量累積流量（又稱總量）。 式中 n橢圓齒輪的旋轉(zhuǎn)次數(shù)；V0半月形測量室的容積； R容積室的半徑； a，b橢圓齒輪的長半軸和短半軸；橢圓齒輪的厚度。 橢圓齒輪 流量計(jì) 腰輪 流量計(jì)二、容積式流量計(jì)的特點(diǎn)1測量準(zhǔn)確度高，一般可達(dá)(0.10.5)，是所有流量儀表中測量精度最高的一類儀表。2安裝管道條件對流量計(jì)計(jì)量精度沒有影響，流量計(jì)前不需要直管段，這使得容積式流量計(jì)在現(xiàn)場使用有極重要的意義。3測量范圍較寬，典型的流量量程比可為5:1到10:1，特殊的可達(dá)30:1。4. 機(jī)械結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，體積龐大笨重，一般只適用于中小口徑儀表。5. 大部分容積式流量計(jì)只適用于潔凈單相流體

10、。測量含有顆粒、臟污物的流體時(shí)需安裝過濾器，測量含有氣體的液體時(shí)必須安裝氣體分離器。容積式流量計(jì)適合測量高粘度、潔凈的流體。 第三節(jié) 渦街流量計(jì) 渦街流量計(jì)，又稱旋渦流量計(jì)。它輸出頻率信號，抗干擾性能好，便于遠(yuǎn)距離傳輸，在火電廠可用于送風(fēng)流量的測量。 渦街流量計(jì)由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。 傳感器包括旋渦發(fā)生體、檢測元件、安裝架和法蘭等。 轉(zhuǎn)換器包括前置放大器、濾波整形電路、接線端子、支架和防護(hù)罩等。智能式儀表還將CPU、存儲單元、顯示單元、通訊單元及其他功能模塊也裝在轉(zhuǎn)換器內(nèi)，形成智能型和組合型渦街流量。 一、測量原理 這種流量計(jì)的工作原理是利用了流體力學(xué)中的卡門渦街現(xiàn)象。（a）圓柱體；（b

11、）等邊三角形柱體 實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)hl=0.281時(shí)，產(chǎn)生的渦街是穩(wěn)定的。且單側(cè)的漩渦脫落的頻率f與柱體附近的流體流速成正比，與柱體的特征尺寸d成反比，即式中 St斯特羅哈爾數(shù)，無因次數(shù)； d 柱體的特征尺寸。 St是柱體特征尺寸d 以及流體雷諾數(shù)Re 的函數(shù)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，Re在2*104 7*106的范圍內(nèi)，St基本不變。 對于圓柱體，St=0.2；對于等邊三角柱體，St=0.16。 結(jié)論：當(dāng)柱體的形狀、尺寸決定后，就可以通過測定單側(cè)旋渦釋放頻率f來測量流速和流量。 根據(jù)流體流動的連續(xù)性，阻流體處的流通面積Ad與管道的截面面積AD之比 m 為 式中 管道截面的平均流速。 對于工業(yè)圓管，設(shè)管內(nèi)插入

12、柱體和未插入柱體的管道通流截面比為m，當(dāng)d/D 0.3時(shí)，可以證明所以，體積流量與頻率f之間的關(guān)系為：二、旋渦發(fā)生頻率f 的檢測方法 對旋渦分離頻率f的檢測方法很多，可以分為兩大類。一類是檢測旋渦發(fā)生后在旋渦發(fā)生體上受力的變化頻率，即受力檢測類，一般可用應(yīng)力、應(yīng)變、電容、電磁等檢測技術(shù)。另一類檢測旋渦發(fā)生后在旋渦發(fā)生體附近的流動變化頻率，即流速檢測類，一般可用熱敏、超聲、光電（光纖）等檢測技術(shù)。 利用壓電晶體檢測所受到的交變應(yīng)力，輸出成交變的電荷信號，經(jīng)電荷放大、濾波、整形后輸出與旋渦頻率相應(yīng)的脈沖信號或電流信號。 轉(zhuǎn)換器將檢測元件檢測到的微弱電信號進(jìn)行放大、濾波、整形等處理，輸出與流量成比例

13、的脈沖信號。對于流量顯示儀表，一般還轉(zhuǎn)換成420mA的標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。 三、渦街流量計(jì)的特點(diǎn)及安裝 渦街流量計(jì)具有以下的特點(diǎn)： （1）漩渦的頻率只與流速有關(guān)，在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)，幾乎不受流體性質(zhì)（壓力、溫度、粘度和密度等）變化的影響，故可不需單獨(dú)標(biāo)定。 （2）測量精度高，誤差約為1級，重復(fù)性約0.5級，不存在零點(diǎn)漂移的問題。 （3）壓力損式小，流量測量范圍寬。渦街流量計(jì)特別適于大口徑管道的流量測量。渦街流量計(jì)的傳感器渦街流量計(jì)的傳感器渦街流量計(jì)的傳感器第三節(jié) 渦輪流量計(jì) 一、渦輪流量計(jì)的組成及測量原理 渦輪流量計(jì)由兩部分組成：變送器和指示積算器。 變送器完成將被測流量轉(zhuǎn)換成一定頻率的脈沖信號輸出

14、； 指示積算器接受變送器輸出的脈沖信號，將其轉(zhuǎn)換、放大、運(yùn)算、邏輯計(jì)數(shù)，顯示瞬時(shí)流量和累積總量。 變送器主要由渦輪、導(dǎo)流器、磁電轉(zhuǎn)換器組成。 渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu) 1渦輪；2支承；3永久磁鋼；4感應(yīng)線圈； 5殼體；6導(dǎo)流器（1）流量一轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)換原理 推導(dǎo)過程的前提： 當(dāng)渦輪處于勻速轉(zhuǎn)動的平衡狀態(tài)時(shí)，假設(shè)不計(jì)葉輪轉(zhuǎn)動的摩擦阻力、流體粘性阻力及感應(yīng)線圈中感應(yīng)電流所引起的電磁反作用力矩的影響。 設(shè)渦輪葉片與軸線的夾角為，葉輪的平均半徑為r0，流體的流通面積為A0，流體流經(jīng)葉輪相應(yīng)半徑r0處的軸向流速為va ，切向流速為vt，故有式中 C與葉輪參數(shù)、軸向流速分布有關(guān)的系數(shù)； 平均流速。（2）葉輪轉(zhuǎn)速的測量

15、可采用磁阻方法進(jìn)行測量。葉輪的轉(zhuǎn)速是通過磁電轉(zhuǎn)換裝置來測量的，輸出信號為代表轉(zhuǎn)速的脈沖頻率信號。磁電裝置中的永久磁鋼上繞有線圈，當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動經(jīng)過永久磁鋼的頂部時(shí)，因葉片為導(dǎo)磁材料而改變原磁路的磁阻，從而使磁通發(fā)生變化，故在線圈上感應(yīng)出電勢信號。 顯然電勢信號是脈動式的，其頻率為 f = zn 式中 z 渦輪上的葉片數(shù)。 式中 儀表常數(shù)。在一定時(shí)間間隔內(nèi)對流量進(jìn)行積分時(shí)，得累積的總流量為：式中 N在t1到t2時(shí)間間隔內(nèi)流過QV流體時(shí)輸出的脈沖數(shù)。關(guān)于儀表常數(shù)的說明：儀表常數(shù)的意義：單位體積流量輸出的脈沖數(shù)。從理論上說，在一定條件（流體性質(zhì)、狀態(tài)、變送器結(jié)構(gòu)、流量一定）下，是一個(gè)常數(shù)。當(dāng)上述條件變化

16、時(shí)，值也隨之變化。下圖為儀表常數(shù)隨Re變化的特性曲線。實(shí)際上，渦輪流量計(jì)出廠時(shí)。值由廠家根據(jù)適用的流體標(biāo)定給出。 二、流量指示積算器 流量指示積算器是渦輪流量計(jì)的顯示器。它完成瞬時(shí)流量的顯示和總量顯示。它的電路主要有兩部分：瞬時(shí)流量顯示電路和總量顯示電路。 渦輪流量計(jì)渦輪流量計(jì)渦輪流量計(jì)的導(dǎo)流器和葉輪第四節(jié) 超聲波流量計(jì) 超聲波流量計(jì)是20世紀(jì)70年代隨著集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展才開始得到實(shí)際應(yīng)用的一種非接觸式儀表。 與傳統(tǒng)的流量儀表相比，它測量流量時(shí)不接觸被測介質(zhì)，不破壞流體的流場，沒有壓力損失；對介質(zhì)幾乎無要求，不僅可以測液體、氣體的流量，而且對兩相介質(zhì)（主要是應(yīng)用多普勒法）的流體流量也可以

17、測量；測量準(zhǔn)確度幾乎不受被測流體溫度、壓力、密度、粘度等參數(shù)的影響；量程比一般可達(dá)20:1。 按測量原理，可以具有多種不同的形式。根據(jù)對信號的發(fā)生、傳播及檢測的設(shè)置方法，大致可分為傳播速度差法（包括時(shí)差法、相位差法、頻差法）、多普勒法、波束偏移法、噪聲法、旋渦法、相關(guān)法等。 一、測量原理 設(shè)靜止流體中的聲速為c、流體流速為v，超聲波發(fā)生器與接收器之間距離為L，則傳播時(shí)間差為 如果超聲波發(fā)生器發(fā)出的是連續(xù)正弦波，則上、下游接收到的超聲波的相位差為： 采用頻率法可消除聲速c的影響。上、下游接收到的超聲波的頻率之差為： 二、結(jié)構(gòu) 見書 第四節(jié) 轉(zhuǎn)子流量計(jì) 它又稱浮子流量計(jì)、恒壓降變截面流量計(jì)。 按錐

18、形管材料的不同，分為玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)和金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)。 玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)耐壓能力低，一般為就地直讀式。 金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)耐壓能力高，一般有就地指示型和信號遠(yuǎn)傳型。 轉(zhuǎn)子流量計(jì)適用于多種介質(zhì)的流體（氣體、液體），在火電廠中，常用于化學(xué)水處理過程的水流量測量和鍋爐點(diǎn)火過程控制中的輕油油量測量。它特別適用于小管徑，低雷諾數(shù)的中小流量測量。 一、玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì) （一）結(jié)構(gòu)組成 玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要由錐形管、轉(zhuǎn)子兩部分組成 。 玻璃管轉(zhuǎn)子 流量計(jì) 1罩殼；2玻璃錐管；3浮子 4密封填料；5連接法蘭（二）工作原理及流量公式 浮子處于錐形管中，相當(dāng)于通流面積A0可變的節(jié)流件。流體流經(jīng)節(jié)流件所產(chǎn)生的差壓與

19、體積流量的關(guān)系如下：式中 與浮子形狀、尺寸等有關(guān)的流量系數(shù)。 流體密度。當(dāng)浮子處于力平衡情況下，差壓對浮子產(chǎn)生向上的作用力加上流體對浮子的浮力，等于浮子的重力，即由此可知 式中 Af浮子的有效面積。 Vf浮子體積。 f，分別為浮子材料和流體的密度； g當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取ｓw積流量qV與通流面積A0之間的關(guān)系：考慮到錐度很小的錐形管中通流面積A0與浮子在管中的高度H近似成正比，即 A0 CH 式中 C與圓錐管錐度有關(guān)的比例系數(shù)?？傻皿w積流量與浮子高度的關(guān)系式：由上式可知，如果增大錐管長度H，增大錐度C，可擴(kuò)大儀表的量程，提高流量測量范圍。 流量系數(shù)的說明： 與浮子的形狀以及流體的雷諾數(shù)等有關(guān)，對于

20、一定的浮子形狀，當(dāng)雷諾數(shù)大于某一數(shù)值時(shí)，流量系數(shù)趨于一常數(shù)。 對于一定材料、形狀的浮子和一定密度的流體，雷諾數(shù)在低限雷諾數(shù)以上，就能得到體積流量和浮子位置之間的線性刻度關(guān)系。 三種浮子的轉(zhuǎn)子流量計(jì)流量系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系。 玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)的示值顯示有兩種：一種在錐管上由轉(zhuǎn)子的高度直接讀出流量值，另一種是采用百分刻度（分為等分和非等分刻度）。第五節(jié) 測點(diǎn)流速法測量流量 測量流量的基本原理: 在管道截面上選擇一些測點(diǎn)，通過對測點(diǎn)處的流速進(jìn)行測量進(jìn)而計(jì)算出流量。 若能直接測得管道截面上的平均流速，則流體的體積流量 A為管道截面積。 若測得的是管道截面上的某一點(diǎn)流速v，則流體的體積流量 K為截面上的平均

21、流速與被測點(diǎn)流速的比值，它與管道內(nèi)流速分布有關(guān)。 測點(diǎn)位置的確定非常重要。 一、測點(diǎn)位置的確定方法 1.有流速分布數(shù)學(xué)模型時(shí)的情況 圓管中流動呈層流狀態(tài) 管道中流體的流速分布是有一定規(guī)律的，沿管道截面上的流速按旋轉(zhuǎn)拋物面分布。其數(shù)學(xué)模型為： 式中 vmax管道中心處的最大流速； v 離管道中心r處的流速； r離管道中心的距離。 思考：管道上什么地方的流速最大？哪處的流速為管道截面上平均流速值？ 由可求得所以:顯然，由 可求出 圓管中流動呈紊流狀態(tài) 對于充分發(fā)展的紊流，圓管中心軸線處的流速最大，截面上的流速呈旋轉(zhuǎn)對稱分布。由于存在流體的徑向流動，流速分布曲線隨ReD的增大而逐漸變平。 從理論上說

22、代表平均流速的測點(diǎn)位置，因流量不同而不同。 對于光滑管道（即Ks/D0.004,其中D為管道內(nèi)徑，Ks為管道內(nèi)壁的絕對粗糙度）可由尼古拉茲提出的數(shù)學(xué)模型表示圓管中紊流下的流速分布： 式中 n與流動雷諾數(shù)有關(guān)的系數(shù)。 流速分布的數(shù)學(xué)模型確定后，從理論上就很容易得到代表測量截面上平均流速的測點(diǎn)位置rav和平均流速。 對于尼古拉茲模型，在模型中有兩個(gè)變化的參數(shù)n和vmax，因此確定rav時(shí)需要有兩點(diǎn)的流速值。 rav和 的確定方法如下：思考：截面上的平均流速是多少？ 因而 由 ，可得： 由上式可知，代表測量時(shí)的平均流速測點(diǎn)位置隨流量變化。 要計(jì)算 的值，則需先確定n和vmax值。 兩點(diǎn)法: 在測量截

23、面上任意選定兩點(diǎn)，測得的流速值為v1 = v (r1)，v2 = v (r2) ，有如下兩個(gè)方程：聯(lián)立求解上述方程組，得到n和vmax。 為簡單方便，可將兩點(diǎn)中的一點(diǎn)選在中心軸線處（r20），故有：式中，r1是選定的，v1和vmax是測定的 一點(diǎn)法： 希望用一點(diǎn)的流速來計(jì)算流量，這從理論上看這是不可能的。 但理論分析表明，當(dāng)雷諾數(shù)ReD在41033.2106 范圍內(nèi)時(shí)，代表平均流速測點(diǎn)位置的變化范圍為0.7547R0.7633R。 有研究推薦在充分紊流情況下基于尼氏模型用r*=0.7418R處的流速v（r*）計(jì)算平均流速為 式中 a 系數(shù)，a=0.99104859。 上式計(jì)算的平均流速，ReD

24、在41033.2106范圍內(nèi)，其誤差（與模型的理論平均流速對比）可達(dá)到滿意的程度。 流速分布符合對數(shù)-線性數(shù)學(xué)模型 它是將圓管中的流速分布分段描述，在管壁區(qū)域和中心區(qū)域的流速分布分別符合下述模型： (管壁區(qū)域) （中心區(qū)域）式中 A、B、C常數(shù)； y測點(diǎn)到管壁的距離； R圓管半徑。 根據(jù)此模型可確定一些測點(diǎn)位置，用這些測點(diǎn)處的流速求得平均流速。對于圓管，測點(diǎn)位置如下：各點(diǎn)的權(quán)值相等，平均流速為半徑上的測點(diǎn)數(shù)目ri/R半徑上的測點(diǎn)數(shù)目ri/R0.35860.01000.56580.0100 30.73020.0100 50.69500.01000.93580.00320.84700.0076 5

25、0.27760.01000.96220.0018矩形管道截面上的測點(diǎn)位置和相應(yīng)測點(diǎn)的權(quán)值如下表： 對各測點(diǎn)的流速進(jìn)行加權(quán)平均，平均流速 Wi X/LY/H0.0920.36750.63250.9080.03423320.092220.25053350.3675660.500660.6325660.75053350.908220.96623322. 無流速分布數(shù)學(xué)模型時(shí)的情況 目前比較常用的有等環(huán)面積法、高斯數(shù)值積分法、切比雪夫數(shù)值積分法等。 等環(huán)面法 將半徑為R的圓管分成n個(gè)面積相等的同心圓環(huán)（最中間的為圓），在每一個(gè)同心圓環(huán)的面積等分處設(shè)置測點(diǎn)，以這點(diǎn)所測的速度值代表整個(gè)圓環(huán)的平均速度，故流

26、量qv近似計(jì)算為式中 n等環(huán)圓面的個(gè)數(shù)； v(ri) 等環(huán)圓面上的流速。 此方法適宜于大管徑流量測量，國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測點(diǎn)一般不少于20點(diǎn)，可根據(jù)流速分布均勻情況適當(dāng)增減。 高斯數(shù)值積分法此時(shí)測點(diǎn)的位置按高斯數(shù)值積分法確定，流量計(jì)算為式中 n 測點(diǎn)數(shù)； ri 測點(diǎn)位置（距中心軸線距離）； Ai 測點(diǎn)權(quán)值。當(dāng)n2時(shí)，測點(diǎn)位置為 r10.4597R A1 = 1 r20.8881R A2 = 1當(dāng)n3時(shí)，測點(diǎn)位置為 r10.3357R A1 = 0.5556 r20.7071R A2 = 0.8889 r30.9420R A3 = 0.5556當(dāng)n4時(shí)，用高斯數(shù)值積分法測量流量時(shí)，各測點(diǎn)的權(quán)值不同（n

27、2時(shí)），但該法的計(jì)算精確度比其他近似計(jì)算方法要高。 切比雪夫數(shù)值積分法 此時(shí)測點(diǎn)的位置按切比雪夫數(shù)值積分法確定，流量計(jì)算為 當(dāng)n2時(shí)，測點(diǎn)位置為 A= 1 當(dāng)n3時(shí)，測點(diǎn)位置為 A= 當(dāng)n4時(shí)， 用切比雪夫數(shù)值積分法進(jìn)行流量計(jì)算時(shí)，各測點(diǎn)權(quán)值是相同的，數(shù)據(jù)處理時(shí)會簡單些。二測點(diǎn)流速的測量 測量管道截面上測點(diǎn)的流速，目前常使用的傳感測量裝置及儀表有動壓測量管、熱線風(fēng)速計(jì)、熱球風(fēng)速計(jì)等。根據(jù)使用要求和適用的條件，動壓測量管又包括畢托管、翼形動壓管等。 1.畢托管 根據(jù)流體的伯努利方程，可以推出畢托管頭部所對應(yīng)點(diǎn)的流速v與畢托管的總壓p0和靜壓p之差有以下關(guān)系： 國際標(biāo)準(zhǔn)里推薦了幾種形式的畢托管，稱

28、為標(biāo)準(zhǔn)畢托管。對于標(biāo)準(zhǔn)畢托管，=1。 2. 均速管 均速管始于20世紀(jì)60年代，至今已有40余年歷史。它的結(jié)構(gòu)簡單，容易加工，成本低廉，不可恢復(fù)的壓力損失小，大約只相當(dāng)于節(jié)流裝置的百分之幾；流量傳感器是插人式探頭，安裝簡易，可以不斷流進(jìn)行裝卸和維護(hù)，而且性能穩(wěn)定。 均速管流量探頭主要有阿紐巴（Annubar）、威力巴（Vrabar）、威爾巴（Wellbar）、德爾塔巴(Deltaflow）、托巴（Torbar）、雙D巴等幾種。它們的共同特點(diǎn)都是結(jié)構(gòu)簡單的插人式探頭，適于測量氣體、蒸汽和液體的流量，管道內(nèi)徑從十幾毫米到幾米，使用范圍很廣。 均速管原理是測量管道內(nèi)流動流體的速度壓力流速，其結(jié)構(gòu)形式

29、多采用菱形,T字形、橢圓形與子彈頭形等形式。均速管的開孔位置與數(shù)目也各不相同，迎流方向的全壓孔（或稱高壓孔）設(shè)在管的前端，開孔數(shù)目有2、4、5等個(gè)數(shù)（即管道半徑對應(yīng)的開孔數(shù)目），視管徑大小而定。開孔的布置按對數(shù)一線性法或?qū)?shù)一契比雪夫法計(jì)算。 靜壓孔設(shè)在測桿的背部或側(cè)面，開孔數(shù)目可有一個(gè)或幾個(gè)，形式多樣。 阿紐巴管：1-總壓管； 2-靜壓管實(shí)用流量方程式如下： 式中 D管道內(nèi)徑 mm； 壓差，kPa； 流體密度,kg/m3； Kr、Yr均速管流量系數(shù)和氣體膨脹系數(shù)（對液體Yr=1）； Fr 雷諾數(shù)修正系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)求得，或由生產(chǎn)廠提供。 阿紐巴管是一種均速流量探頭，配以差壓變送器和流量積算儀可組成阿紐巴流量計(jì)，用來測量氣體、液體和蒸汽的流