毕托管

实验注意事项：

本实验中主要是对旋风分离器的分离性能进行实验研究。旋风分离器的入口流量由引风机闸板开度调节并由毕托管测量。旋风分离器的总压降为入口静压和排气室中的静压之差。实验入口流量控制在150～250 m3／h 。分别对滑石粉、催化剂、和水3种不同物性物料的分离性能进行了对比．另外还对催化剂在入口浓度为0.5、1、2 g ／m 3

下的分离性能进行了对比实验。实验中每组取4个流量进行测量。每个流量下测量2次。

总压降随着人口流量的增加是不断增大的．二者之间的关系为

其中，

为阻力系数。阻力系数和人口流量的关系如：

3.3.2 有关流量的计算

圆管内流体运动的数学描述 （1）流体的力平衡

左端面的力：2

11F r p π= 右端面的力：2

22F r p π=

外表面的剪切力：2F rl πτ= 圆柱体的重力：2

g g F r l πρ=

因流体在均匀直管内作等速运动，各外力之和必为零，即：

12g sin 0F F F F α-+-= （2）剪应力分布

将1F 、2F 、g F 、F 代入上式，并整理

22212g sin 20r p r p r l rl πππραπτ-+-=

1212

(sin )22p gl p r r l l

ρατ-+-==p p

此式表示圆管中沿管截面上的剪应力分布。由以上推导可知，剪应力分布与流动截面的几

何形状有关，与流体种类、层流或湍流无关，即对层流和湍流皆适用。由此式可看出，

12,,;0,0;,2r r r r R R l

ττττ-∝↑↑====

p p ，其值最大。

（3）层流时的速度分布 层流时τ服从牛顿粘性定律

d d r

u r

τμ

=- r d ,,

d r

u r u r

↑↓为负，为保证τ为正，加负号。 12

r d d 2u r r l

τμ-=-=p p

r

12121222r r 0d d d ()224u r R R r u u r r r r R r l l l

μμμ---==-==-???p p p p p p 管中心r ＝0，122

r max 4u u R l μ-==

p p 所以 2

r max 2(1)r u u R

=-

层流时圆管截面上的速度是抛物线分布

（4）层流时的平均速度和动能校正系数

2

24

max 2r 0

max max 2220

(1)2d d 21242R

R A

r u r r u A u r r R u u u A

R R R ππππ-??==

=

=-=?????

? 类似可得α＝2

（5）湍流时的速度分布

层流d d r

u r

τμ

=- 湍流 r d (')d u

r

τμμ=-+

'μ不是物性，其值与Re 及流体质点位置有关，故湍流时速度分布不能像

层流一样通过流体柱受力分析从理论上导出，只能将试验结果用经验式表示：

r max (1)n r

u u R

=-

n 与Re 有关，在不同Re 范围内取不同的值：（见p36）

455661410Re 1.110611.110Re 3.2107

1Re 3.21010

n n n ?<

?<?=

时，时，时， 不论n 取1/6或1/10，湍流的速度分布可作如下推想：近管中心部分剪应力不大而湍流粘度数值很大，由式（1-61）可知湍流核心处的速度梯度必定很小。而在壁面附近很薄的层流内层中，剪应力相当大且以分子粘度μ的作用为主；但μ的数值又远较湍流核心处的'μ为小，故此薄层中的速度梯度必定很大。图1-32表示湍流时的速度分布。Re 数愈大，近壁区以外的速度分布愈均匀。

（6）湍流时的平均速度及动能校正系数α

取1

7

n =积分：max 0.817u u u == u 与max u 的关系与n 有关 1α≈

以后计算不论层流还是湍流均取2

22

1,222u u u αα????

?=== ? ?????

毕托管是在某一位置同时能够测量流速（流量）和压力的仪器，其外形构造如图3-6所示。

毕托管测量流量的原理是依据流体力学伯努利方程：流动的流体迎着来流方向上某一点的总压力0P 除了该点处的静压P 以外，还有运动流体被滞止后由流速转变来的动压d P 。根据理想不可压流体伯努利方程，可得出流

图3-6 毕托管

体动压d P 和流速V 之间的关系：

22

V P d ρ=

(3-9) 从而有 ρ

P V d

2= (3-10)

而对于实际流体 ρd

P V 2K P

= (3-11)

从而毕托管测量流量的公式为：

(3-12)

式中：p K 为毕托管常数，对于标准毕托管p K ?1；ρ为流体密度；Q 为管道流量；d 为管道内径；V 为管道截面平均气速；λ为流量系数。

旋风管出口流量Q e 由安装在出口管上的毕托管测得。根据毕托管测速原理：

P

RT

H

g K V p ?=2 (3-13) 对于标准毕托管：K p ?1(3-13)得：

(3-14)

式中：t —测点温度，℃，P o —当地大气压, mmH 2O ；P s —测点静压，mmH 2O 则旋风管出口流量：

(3-15)

式中：d —出口管内径，Φ200mm ；V —出口管截面平均气速；将V =0.89V ，与式(3-14)

一起代入(3-15)得：

(3-16)

由状态方程，可换算出旋风管入口流量：

e i o e

o

i Q P P P P Q ?++= (m 3/h) (3-17) 式中：P e —旋风管出口静压，mmH 2O ；P i —入口静压，mmH 2O 。 所以有：

双涡壳：出口管直径=75mm:

s

o e P P H

t Q +?+=)273(9

.338

e i o e o i Q P P P P Q ?++=

21s

o i o e o P P H

t P P P P +?+++=)273(47.169

PSC-100: 出口管直径=68mm

s

o e P P H t Q +?+=)273(63

.278

e i o e o i Q P P P P Q ?++=

s

o i

o e

o P P H

t P P P

P +?+++=)273(63.278

注意：公式中采用pe 而不是ps 是因为：排气管流出的的气体体积与排气室流出的气体体积是一样的，在排气管中，毕托管测得的是一点的静压力，不能代表整个横截面上的静压力（抛物线形分布），而在排气室中，速度极小，压力近似分布均匀，因此出口静压力用排气室内的静压力，在算出口气体体积时采用毕托管静压力。

孙茂生：

0、绘制下面三种实验装置的结构尺寸图CAD 1、气液分离实验：

1.1、钢制单管结构A （有排尘锥）； 对比不同浓度下分离能力和压降； 对比不同风量下分离能力和压降； 1.2、钢制单管结构B （无排尘锥）： 对比不同浓度下分离能力和压降； 对比不同风量下分离能力和压降；

1.3、对比以上两种结构下的分离性能区别（从结构上的不同点出发寻找造成差异的原因） 2、气固分离实验：

2.1、钢制单管结构A （有排尘锥）

不同风量下分离能力和压降（150m3/h 、200m3/h 、250m3/h ） 不同颗粒浓度下分离能力

2.2、有机玻璃结构（开双锋的排尘锥+导流锥）

不同风量下分离能力和压降（150m3/h 、200m3/h 、250m3/h ） 不同颗粒浓度下分离能力

2.3、对比上面两种结构的差别

3、钢制单管结构A 气液、气固分离能力的评析