化工原理天大柴誠敬05定2

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第一章流體流動1.8流量的測量2流量計分類定截面變壓差變截面定壓差測速管孔板流量計文丘里流量計轉子流量計3

第一章流體流動1.8流量的測量1.8.1測速管4一、測速管測速管又稱畢托管（Pitottube）。測速管測定的流速是管道截面上某一點的局部值，稱為點速度。圖1-27測速管動畫0252處的駐點壓力U管壓差計的讀數反映的是由此可知待測點的流速一、測速管6若U管壓差計內充密度ρA為的指示液，其讀數為R，則因此可得：一、測速管7測速管的測量準確度與其制造精度有關。一般情況下，需引入一個校正系數C，即(1-108)通常C=0.98～1.00，但有時為了提高測量的準確度，C值應在儀表標定時確定。一、測速管8由點速度獲得管截面上的平均流速一、測速管9測速管的優(yōu)點是流體流經測速管的能量損失較小，通常適于測量大直徑管路中的氣體流速，但不能直接測量平均流速，且壓差讀數較小，通常需配用微壓壓差計。當流體中含有固體雜質時，會堵塞測壓孔，故不宜采用測速管。一、測速管10

第一章流體流動1.8流量的測量1.8.1測速管1.8.2孔板流量計 11孔板流量計孔板流量計(orificeflowmeter)是利用孔板對流體的節(jié)流作用，使流體的流速增大，壓力減小，以產生的壓力差作為測量的依據。動畫0312圖1-29孔板流量計孔板流量計孔板縮脈13取孔板上游尚未收縮的流動截面為1-1，下游截面宜放在縮脈處，以便測得最大壓差讀數，但由于縮脈的位置及其截面積難于確定，故以孔板處為下游截面0-0’，在1-1和0-0’兩截面之間列機械能衡算方程，并暫時略去能量損失，可得或寫成(1-109)(1-110)孔板流量計14校正因忽略能量損失帶來的偏差。應用不可壓縮流體的連續(xù)性方程孔板小孔截面積管道截面積孔板流量計引入校正系數C1:15通常的做法是將上、下游兩個測壓口裝在緊靠著孔板前后的位置上?？装辶髁坑嫿墙尤悍ǎ?6校正上、下游測壓口的位置影響。整理式1-110可得(1-111)孔板流量計引入校正系數C2:17令，則上式變?yōu)?1-112)體積流率為(1-113)孔板流量計18C0稱為流量系數或孔流系數，其值與Re、面積比A0/A1以及取壓法有關，需由實驗測定?？装辶髁坑嬞|量流率(1-114)19圖1-30流量系數與Re的關系

20孔板流量計制造簡單，安裝與更換方便，其主要缺點是流體的能量損失大，A0/A1越小，能量損失越大?？装辶髁坑嫷挠谰媚芰繐p失，可按下式估算(1-117)孔板流量計永久能量損失21為了保證孔板前后流動的穩(wěn)定性，孔板流量計安裝位置的上、下游都要有一段內徑不變的直管作為穩(wěn)定段，根據經驗，其上游直管長度至少應為10d1，下游長度至少為5d1?？装辶髁坑嫹€(wěn)定段長度：22

第一章流體流動1.8流量的測量1.8.1測速管1.8.2孔板流量計1.8.3

文丘里流量計

23文丘里流量計為減少流體節(jié)流造成的能量損失，可用一段漸縮漸擴的短管代替孔板，這就構成了文丘里（venturiflowmeter）流量計。當流體在漸縮漸擴段內流動時，流速變化平緩，渦流較少，于喉頸處（即最小流通截面處）流體的動能達最高。此后，在漸擴的過程中，流體的速度又平緩降低，相應的流體壓力逐漸恢復。如此過程避免了渦流的形成，從而大大降低了能量的損失。24圖1-31文丘里流量計文丘里流量計25由于文丘里流量計的工作原理類似于孔板流量計，在等徑管1-1’和喉管0-0’兩截面之間列機械能衡算方程，得到與孔板流量計相同的公式，流率可按下式計算文氏流量計的流量系數，其值由實驗測定一般為0.98~0.99。文丘里流量計26通常文丘里流量計上游的測壓點距管徑開始收縮處的距離至少應為管徑的1/2長度，而下游測壓口設在喉頸處。文丘里流量計的優(yōu)點是能量損失小，但不如孔板那樣容易更換以適用于各種不同的流率測量；文丘里管的喉頸是固定的，致使其測量的流率范圍受到實際的限制。文丘里流量計27

第一章流體流動1.8流量的測量1.8.1測速管1.8.2孔板流量計1.8.3文丘里流量計1.8.4

轉子流量計

28轉子流量計轉子流量計(rotaryflowmeter)流量計稱為變截面流量計，即壓力差幾乎保持不變，而收縮的截面積隨流量變化。動畫0529圖1-32轉子流量計1－錐形玻璃管；2－轉子；3－刻度轉子流量計30對于特定的轉子流量計，當待測流體給定后，流量的大小僅僅取決于轉子與玻璃管之間的環(huán)隙面積。此時，流體流經該環(huán)隙截面時，其流量與壓力差的關系相當于流體流經孔板流量計孔口的情況(1-121)轉子流量計31轉子流量計由專門廠家生產。通常廠家選用水或空氣分別作為標定流量計的介質。因此，當測量其它流體時，需要對原有的刻度加以校正。轉子流量計的優(yōu)點是能量損失小，測量范圍寬。但耐溫、耐壓性差。轉子流量計32

第一章流體流動1.9非牛頓型流體的流動1.9.1非牛頓型流體的流動特性33非牛頓型流體的流動特性流動特性不遵循牛頓黏性定律的流體統(tǒng)稱為非牛頓型流體。

n為流動特性指數，K稱為稠度系數。許多非牛頓型流體，在很大的剪切速率范圍內，都可以用如下冪律形式的方程來描述

(1-122)34根據剪應力與速度梯度（亦稱剪切速率）關系的不同，可將非牛頓型流體區(qū)分為若干類型。非牛頓型流體的流動特性35圖1-33流體的流變圖a牛頓型流體；b假塑性流體；c脹塑性流體；d賓漢塑性流體非牛頓型流體的流動特性36大多數非牛頓型流體屬于此種類型（如圖1-33中的b線），如聚合物溶液或熔融體、油脂、淀粉溶液等。表觀黏度對于假塑性流體，表觀黏度隨剪切速率的增加而減小，故n<1。一、假塑性流體(Pseudoplasticfluid)37二、脹塑性流體(dilatantfluid)n>1時稱為脹塑性流體（圖1-33的c線）。這類流體在流動時，表觀黏度隨剪切速率的增大而增大。某些濕沙，含有硅酸鉀、阿拉伯樹膠等的水溶液均屬于脹塑性流體。38三、賓漢塑性流體(Binghamplasticfluid)

(1-125)某些液體，如潤滑脂、牙膏、紙漿、污泥、泥漿等屬于賓漢塑性流體。39

第一章流體流動1.9非牛頓流體的流動1.9.1非牛頓型流體的流動特性1.9.2冪律流體在管內流動的阻力40一、管內層流對于冪律流體在管內的流動代入剪應力沿管徑方向的分布式：積分并整理，可得41管中心最大流速：管內速度分布：管截面平均流速:一、管內層流42非牛頓流體的廣義雷諾數摩擦系數摩擦阻力時流動為層流一、管內層流43二、管內湍流通過實驗關聯，冪律流體在光滑管中作湍流流動時的摩擦系數的經驗方程為44練習題目思考題1.各種流量計的測量原理。2.那些屬于變截面流量計，那些屬于變壓差流量計？3.非牛頓性流體的分類及特性。45流體靜力學方程及其應用連續(xù)性方程、機械能衡算方程及其應用管