流體密度中科大

流體密度中科大第1頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月Chapter9MeasurementsofDensityandTemperatureinFluidFlow§9.1Measurementsofdensityinincompressiblefluid§9.2Measurementsofdensityfieldincompressiblefluid§9.3Quantitymeasurementsofdensityfield§9.4MeasurementsoftemperatureinfluidUSTC第2頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§9.1不可壓縮流體密度測量密度計(jì)、稱量法（液體）間接測量（氣體）USTC如果氣體不滿足上述狀態(tài)方程，什么辦？（比如過熱蒸汽）第3頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§9.1不可壓縮流體密度測量測量物體密度的方法測量物體密度的方法多種多樣，大致可歸納出以下幾種測量方法:

測固體密度測液體密度測氣體密度USTC第4頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月一、測固體密度

1稱量法：

器材：天平、量筒、水、金屬塊、細(xì)繩

步驟：（1）用天平稱出金屬塊的質(zhì)量m；（2）往量筒中注入適量水，讀出體積為V1；（3）用細(xì)繩系住金屬塊放入量筒中，浸沒，讀出體積為V2。計(jì)算表達(dá)式：ρ=m/(V2-V1)

2比重杯法：

器材：燒杯、水、金屬塊、天平

步驟：（1）往燒杯裝滿水，放在天平上稱出質(zhì)量為m1；（2）將金屬塊輕輕放入水中，溢出部分水，再將燒杯放在天平上稱出質(zhì)量為m2;（3）將金屬塊取出，把燒杯放在天平上稱出燒杯和剩下水的質(zhì)量m3。

計(jì)算表達(dá)式：ρ=ρ水(m2-m3)/(m1-m3)

3阿基米德定律法：

器材：彈簧秤、金屬塊、水、細(xì)繩

步驟：（1）用細(xì)繩系住金屬塊，用彈簧秤稱出金屬塊的重力G；（2）將金屬塊完全浸入水中，用彈簧秤稱出金屬塊在水中的視重G*。

計(jì)算表達(dá)式：ρ=Gρ水/(G-G*)

USTC第5頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月4浮力法(一)：

器材：木塊、水、細(xì)針、量筒

步驟：（1）往量筒中注入適量水，讀出體積為V1；（2）將木塊放入水中，漂浮，靜止后讀出體積V2；（3）用細(xì)針插入木塊，將木塊完全浸入水中，讀出體積為V3。計(jì)算表達(dá)式：ρ=ρ水(V2-V1)/(V3-V1)5浮力法（二）：

器材：刻度尺、圓筒杯、水、小塑料杯、小石塊

步驟：（1）在圓筒杯內(nèi)放入適量水，再將塑料杯杯口朝上輕輕放入，讓其漂浮，用刻度尺測出杯中水的高度h1;（2）將小石塊輕輕放入杯中，漂浮，用刻度尺測出水的高度

h2;（3）將小石塊從杯中取出，放入水中，下沉，用刻度尺測出水的高度h3。計(jì)算表達(dá)式：ρ=ρ水(h2-h1)/(h3-h1)6密度計(jì)法：

器材：雞蛋、密度計(jì)、水、鹽、玻璃杯

步驟：（1）在玻璃杯中倒入適量水，將雞蛋輕輕放入，雞蛋下沉；（2）往水中逐漸加鹽，邊加邊用密度計(jì)攪拌，直至雞蛋漂浮，用密度計(jì)測出鹽水的密度即等到于雞蛋的密度。USTC第6頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月一、測液體密度

1稱量法：

器材：燒杯、量筒、天平、待測液體

步驟：（1）用天平稱出燒杯的質(zhì)量m1；

（2）將待測液體倒入燒杯中，測出總質(zhì)量m2；（3）將燒杯中的液體倒入量筒中，測出體積V。

計(jì)算表達(dá)：ρ=(m2-m1)/V

2比重杯法:

器材：燒杯、水、待液體、天平

步驟：（1）用天平稱出燒杯的質(zhì)量m1；

（2）往燒杯內(nèi)倒?jié)M水，稱出總質(zhì)量m2；

（3）倒去燒杯中的水，往燒杯中倒?jié)M待測液體，稱出總質(zhì)量m3。計(jì)算表達(dá)：ρ=ρ水(m3-m1)/(m2-m1)USTC第7頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月3阿基米德定律法：

器材：彈簧秤、水、待測液體、小石塊、細(xì)繩子

步驟：（1）用細(xì)繩系住小石塊，用彈簧秤稱出小石塊的重力G；

（2）將小塊浸沒入水中，用彈簧秤稱出小石的視重G1；

（3）將小塊浸沒入待測液體中，用彈簧秤稱出小石塊的視重G2。

計(jì)算表達(dá)：ρ=ρ水(G-G2)/(G-G1)4U形管法：

器材：U形管、水、待測液體、刻度尺

步驟：（1）將適量水倒入U(xiǎn)形管中；

（2）將待測液體從U形管的一個(gè)管口沿壁緩慢注入。

（3）用刻度尺測出管中水的高度h1,待測液體的高度h2。

計(jì)算表達(dá):ρ=ρ水h1/h2

(注意:用此種方法的條件是:待測液體不溶于水,待測液體的密度小于水的密度)

5密度計(jì)法：

器材：密度計(jì)、待測液體

方法：將密度計(jì)放入待測液體中，直接讀出密度。USTC第8頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月PY-05十支組石油標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)USTC序號測量范圍g/ml分度值g/ml溫度℃全長mm讀數(shù)10.600-0.6500.000520330±10下緣20.650-0.7000.000520330±10下緣30.700-0.7500.000520330±10下緣40.750-0.8000.000520330±10下緣50.800-0.8500.000520330±10下緣60.850-0.9000.000520330±10下緣70.900-0.9500.000520330±10下緣80.950-1.0000.000520330±10下緣91.000-1.0500.000520330±10下緣101.050-1.1000.000520330±10下緣第9頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

KEM生產(chǎn)的DA系列密度計(jì)是利用U型管振蕩原理，通過測量樣品的共振頻率來測定各種液體樣品的密度。廣泛應(yīng)用于原油及石油產(chǎn)品、化工產(chǎn)品、酒類及軟飲料、食品、食用油、醫(yī)藥產(chǎn)品、電子產(chǎn)品及半導(dǎo)體等行業(yè)。USTCDA系列密度計(jì)第10頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月USTCDA-100DA-130/130/N測定范圍0~3g/cm3(內(nèi)置式溫度控制)0~2g/cm3(內(nèi)置式溫度控制)測量精度±10-3g/cm3±10-3g/cm3溫度范圍15~40℃0~40℃溫度精度±0.5℃±0.1℃溫度補(bǔ)償無有白度顯示無無主要特點(diǎn)內(nèi)置溫控器，測量穩(wěn)定快捷，測量單元擁有高精度熱傳感器，功能齊全，通過轉(zhuǎn)換可得到濃度。取樣容積和速度完全手工控制，攜帶輕便，操作簡單，粘度高達(dá)2000mPa.s的粘液均可被采樣，可測量密度，溫度補(bǔ)償密度，比重，溫度補(bǔ)償比重，Brix%，酒精濃度，硫酸濃度，API度，Baume度，Plato和Proof度等。第11頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月USTCDA-520DA-510DA-505DA-500測定范圍0~3g/cm30~3g/cm30~3g/cm30~3g/cm3測量精度±2×10-5g/cm3

±2×10-5g/cm3±5×10-5g/cm3±10-4g/cm3重現(xiàn)性(SD)5×10-6g/cm35×10-6g/cm31×10-5g/cm35×10-5g/cm3溫度范圍4~70℃4~70℃4~90℃4~90℃溫度精度±0.02℃±0.02℃±0.03℃±0.05℃粘度補(bǔ)償有-有-溫度補(bǔ)償有有有有白度顯示有有有有自動(dòng)粘度修正功能（DA-520、DA-505N），PC卡擴(kuò)展內(nèi)存，標(biāo)準(zhǔn)RS-232C接口，大液晶顯示屏：240×64液晶，帶背光，內(nèi)置清洗泵和溫控，Brix濃度，酒精濃度轉(zhuǎn)化和原油產(chǎn)品轉(zhuǎn)化表，可與折光儀聯(lián)機(jī)，可同時(shí)獲得密度和折光率，SOFT-CAPE采集軟件，MS-EXCEL和CSV格式。第12頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

DMA4500密度計(jì)主要特點(diǎn)

﹡

采用內(nèi)置帕爾貼恒溫裝置；

﹡

樣品可以通過全自動(dòng)進(jìn)樣器SP3M或SH3實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)樣或自動(dòng)清洗；

﹡

每次測量僅需5ml左右的樣品；

﹡

同時(shí)可測量密度及折光指數(shù)；

﹡DMA4500密度計(jì)示屏上可同時(shí)顯示密度及折光兩個(gè)參數(shù)，并可貯存或通過打印機(jī)打印出來；

﹡

儀器通過自動(dòng)進(jìn)樣器可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)進(jìn)樣，清洗及吹干；

﹡

儀器設(shè)計(jì)緊湊，幾乎無需維修保養(yǎng)。USTC第13頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月技術(shù)參數(shù)

測量范圍：0－3g/cm3

準(zhǔn)確度：5x10-5g/cm3

重復(fù)性/精度：1x10-5g/cm3溫度準(zhǔn)確度：0.03℃

測量時(shí)間：1分鐘15-30秒儀器介紹奧地利Anton

Paar（安東帕）公司于1968年發(fā)明首創(chuàng)的振蕩管原理的數(shù)字式密度計(jì)，可快速準(zhǔn)確的測量液體密度以及與密度相關(guān)的濃度，廣泛應(yīng)用于石化，制藥，日化，商檢，及飲料等領(lǐng)域。并且新型產(chǎn)品可與電腦打印機(jī)及折光儀聯(lián)機(jī)，實(shí)現(xiàn)更為全面及強(qiáng)大的功能應(yīng)用。廣泛應(yīng)用于全球各大啤酒、飲料、化工及石化行業(yè)的生產(chǎn)線上。USTC第14頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字式密度計(jì)DMA4500

技術(shù)參數(shù)

測量范圍:0-3g/cm3

準(zhǔn)確度：密度5x10-5g/cm3；溫度0.03℃

重現(xiàn)性sd.密度1x10-5g/cm3；溫度0.01℃

溫度范圍:0℃-90℃，可根據(jù)要求提供更大控溫范圍

壓力范圍:0-10bars(0to150psi)

最少樣品量：Approx.1ml

樣品接觸材質(zhì):PTFE,borosilicateglass

通常樣品測量時(shí)間:Approx.30seconds；使用自動(dòng)進(jìn)樣器:10-30perhourUSTC第15頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月主要特點(diǎn)內(nèi)置參考測量池（專利技術(shù)）

可避免系統(tǒng)漂移并縮短測量時(shí)間，在0－90℃溫度范圍只需進(jìn)行一次校正內(nèi)置恒溫及溫度感應(yīng)器

無需外接控溫裝置，其內(nèi)置溫度感應(yīng)器可校正并溯源到多個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)全范圍粘度自動(dòng)修正

無需配置粘度標(biāo)準(zhǔn)，測試結(jié)果可同時(shí)顯示修正值及非修正值USTC第16頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字式密度計(jì)型號有：

DMA35N便攜式密度計(jì)-

-

適用于電池工業(yè)，石化，日化等；

DMA38--

適用于石油化工，制藥等；

DMA4500/RXA170全自動(dòng)密度計(jì)折光率儀--適用于香精香料，日化，煙草；

DMA4500--

適用于石油，化工，飲料，日用化工等；

DMA5000--

適用于啤酒，血液研究，核工業(yè)等；

DMA5000--適用于啤酒，血液研究，核工業(yè)等；密度/折光聯(lián)用儀型號有：

DMA4500/RXA156，DMA4500/RXA170--適用于香精香料、煙草、航空燃油等；運(yùn)動(dòng)粘度/密度計(jì)型號：

SVM3000--適用于石油、化工及高分子等行業(yè)；落球式粘度計(jì)型號：

AMVn--適用于油墨、液晶、麥芽等行業(yè)；在線密度/濃度計(jì)型號：

DPRn/SPRn/DSRn--適用于飲料、啤酒、化工等行業(yè)；USTC第17頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月H-BD5DS1741手持式液體密度計(jì)測試范圍：0-3.00000g/cc;

準(zhǔn)確度：±1%R;

重復(fù)精度：±0.1%R;

介質(zhì)最高溫度:<120℃

DS1741采用平面縱波行波聲阻抗率測試技術(shù)測試密度。密度與聲阻抗成正比。適用于所有牛頓流體和大部分非牛頓流體。USTC第18頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月U型管振蕩原理

AlongverticalU-tubeofconstantcross-sectionalareaAhasbothendsopentotheatmosphereandcontainsliquidofdensity.Theliquidfillseachlegtoaheighth.Iftheliquidisgivenasmalldisplacementandreleased,whatistheformoftheequationfortheperiodoftheresultingoscillatorymotion?Neglectfriction.

USTCllh第一種方法：量綱分析法分析：重力是引起液體柱振蕩的恢復(fù)力。液柱振蕩的周期T依賴于重力加速度g和液柱的質(zhì)量。（1）寫出決定現(xiàn)象的物理量和量綱（SI制）（2）寫出量綱矩陣第19頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月USTC（3）確定重復(fù)變量并檢查子行列式（線性無關(guān)）選擇，g,h（4）求相似參數(shù)第20頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月USTCllh第二種方法：振動(dòng)分析分析：重力是引起液體柱振蕩的恢復(fù)力。液柱振蕩的頻率

,液柱的質(zhì)量m。第三種方法：非定常伯努利方程……….OscillatingU-tubeprinciple:

TheoscillatingU-tubedensitymeterisbasedontheprincipleofaU-tubewhichhasaresonantfrequencythatisinverselyproportionaltothesquarerootofitsmass.Thevolumeofthetubeisgiven;thedensityoftheliquidsamplefilledintotheU-tubeiscalculatedfromitsresonantfrequency.?第21頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§9.2可壓縮流體密度場測量1密度和折射率關(guān)系2光線通過折射率場時(shí)發(fā)生彎曲3陰影儀4紋影儀USTC第22頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§9.2可壓縮流體密度場測量1密度和折射率關(guān)系光線透過不均勻的折射率場時(shí)，一般會發(fā)生以下兩種類型的變化：

(1)光線傳播偏離原來的方向；

(2)擾動(dòng)光線相對未擾動(dòng)光線發(fā)生位相差。USTC第23頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§9.2可壓縮流體密度場測量1密度和折射率關(guān)系

USTC這個(gè)公式如何得到的？適用范圍？第24頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§9.2可壓縮流體密度場測量1密度和折射率關(guān)系

Glasdtone-Dale公式只適用于中低溫氣體。對混合氣體USTC第25頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§9.2可壓縮流體密度場測量2光線通過折射率場時(shí)發(fā)生彎曲

USTC121212第26頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月USTCXYABCDdREdsdRO(ds)密度增大方向rarb第27頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月USTC光束ra的光速為C，光束rb的光速為C+dC。dt時(shí)間內(nèi)光束ra走了dS距離，光束rb比光束ra多走了(dS)

距離。第28頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§9.2可壓縮流體密度場測量2光線通過折射率場時(shí)發(fā)生彎曲光線在變密度場中傳播時(shí)將發(fā)生彎曲，光線向密度增加的方向偏轉(zhuǎn)。

光線彎曲的曲率1/R正比于沿光線傳播路徑法線方向的密度變化d/dR。

USTC第29頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§9.2可壓縮流體密度場測量2光線通過折射率場時(shí)發(fā)生彎曲

USTCQ*Q入射光線未擾動(dòng)光線擾動(dòng)光線第30頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§9.2可壓縮流體密度場測量USTCQ*Qablxy第31頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§9.2可壓縮流體密度場測量USTC3陰影儀（Shadowngraphy）lxyL第32頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§9.2可壓縮流體密度場測量USTC3陰影儀（Shadowngraphy）dxLxL(x+’x)dyLyL(y+’y)第33頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§9.2可壓縮流體密度場測量USTC3陰影儀（Shadowngraphy）陰影儀顯示了密度的二階導(dǎo)數(shù)。第34頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月USTC陰影圖第35頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月USTC陰影圖第36頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§9.2可壓縮流體密度場測量USTC3紋影儀（Schlieren）M1M2KPhL2L1Sf2第37頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§9.2可壓縮流體密度場測量USTC3紋影儀（Schlieren）yf2K第38頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§9.2可壓縮流體密度場測量USTC3紋影儀（Schlieren）hh第39頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§9.2可壓縮流體密度場測量USTC3紋影儀（Schlieren）紋影儀顯示了垂直于刀口方向的密度一階導(dǎo)數(shù)。第40頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§9.2可壓縮流體密度場測量USTC3紋影儀（Schlieren）第41頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月3紋影儀（Schlieren）MUSTC§9.2可壓縮流體密度場測量箭頭表示密度增大方向第42頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第43頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第44頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第45頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第46頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§9.3密度場定量測量USTCMach-Zeder干涉儀相干條件

（1）頻率相同、偏振方向相同、有固定的位相差的兩光波。（2）兩光波在相遇點(diǎn)振幅相差不大。（3）兩光波在相遇點(diǎn)光程差不太大。第47頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月USTCMach-Zeder干涉儀M1M2M4M3補(bǔ)償室試驗(yàn)光束參考光束試驗(yàn)段第48頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月USTC§9.3密度場定量測量干涉儀（Mach-ZenderInterferometrer

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