第6节 流量和流速的测量

5、安装 、
1) 必须垂直安装（只能测垂直管中流量）； 必须垂直安装（只能测垂直管中流量）； 2) 必须保证转子位于管中心； 必须保证转子位于管中心； （转子上刻有斜槽） 转子上刻有斜槽） 3) 为便于检修，流量计应有旁路。 为便于检修，流量计应有旁路。
6、使用 、
1) 用于清洁或腐蚀性流体测量； 用于清洁或腐蚀性流体测量； 2) 玻璃管不耐高温、高压，易碎； 玻璃管不耐高温、高压，易碎； 3) 开启时，应缓慢调节流量阀。 开启时，应缓慢调节流量阀。
一、测速管
1、测速管（皮托管）的结构 、测速管（皮托管）
B A
2、测速管的工作原理 、
对于某水平管路，测速管的内管A点测得的是管口所在 对于某水平管路，测速管的内管 点测得的是管口所在 位置的局部流体动压头与静压头之和， 位置的局部流体动压头与静压头之和，称为冲压头 。
pA p = + ρg ρg 2g
作业： 作业：1-30；1-31；1-32 ； ；
p1 − p0 = ( ρA − ρ) gR
u0 = C0 2gR(ρA − ρ)
ρ
若以体积流率或质量流率表达， 若以体积流率或质量流率表达，则
Vs = u0 A 0 = C0 A 0 2gR( ρA − ρ)
0.84 0.82 0.80 0.78 0.76 0.7
ρ
C0 0.0 A 2ρgR( ρA − ρ) 0
1 2 ( p1 − p2 ) Af = ( z2 − z1 ) Af ρ g + ρ (u2 − u12 ) Af 2 1 2 V f ρ f g = V f ρ g + ρ (u2 − u12 ) Af 2
因为A 因为 1·u1=A2·u2
因此，u2 =
1 A2 2 1− ( ) A1
2 gV f ( ρ f − ρ ) Af ρ
三、文丘里流量计
管道中的流量为
Vs = Cv A 0
2gR( ρA − ρ)
ρ
Cv的 一 为 .98 ~ 0.99 值 般 0 。
优点：阻力损失小， 优点：阻力损失小，大多数 用于低压气体输送中的测量 缺点：加工精度要求较高， 缺点：加工精度要求较高， 造价较高，并且在安装时流量计本身占据较长的管长位置。 造价较高，并且在安装时流量计本身占据较长的管长位置。
2 2 p u1 p0 u0 1 + = + ρ 2 ρ 2
Vs = Au1 = Au0 1 0
A 2 p − p0 u −u u ∴ 1 = = 1− 0 ρ 2 2 A 1
2 0 2 1 2 0
∴u0 =
1 1−( A / A ) 0 1
2
2( p1 − p0 )
一、测速管
第六节 流速和流量的测量
二、孔板流量计 三、文丘里流量计 四、转子流量计
将流体的动压头的变化以静压头 变压头流量计 将流体的 动压头的变化以静压头 的形式表示出来。 的形式表示出来。 出来 如 ： 测速管、 孔板流量计和文丘 测速管 、 流量计 里流量计
流体通过流量计时的压力降是固 变截面流量计 流体通过流量计时的压力降是固 定的， 定的 ，流体流量变化时流道的截 面积发生变化， 面积发生变化 ， 以保持不同流速 下通过流量计的压强降相同。 下通过流量计的压强降相同。 如：转子流量计
0.72 0.70 0.68 0.66 0.64 0.62 0.60 3 104 105 106 0.4 0.3 0.2 0.1 0.05 0.5
A1
Re1
孔流系数 C0 与 Re1 及 A0/A1 的关系
超过某临界值时， 不再随Re 而变， 当 Re1 超过某临界值时 ， C0 不再随 1 而变 ， 即 C0=常数 常数 此时流量就与压差计读数的平方根成正比，因此， ，此时流量就与压差计读数的平方根成正比， 因此，在孔 板的设计和使用中，希望Re1大于临界值。 板的设计和使用中，希望 大于临界值。
流 量 ： V s = C R A2
2 gV f ( ρ f − ρ ) Af ρ
为常数， V 当CR为常数， s ∝ A2 ∝ h 2 所以， 所以，由刻度就可以直接读出流量 3、流量计的校正 、 1) 刻度标定 厂家 ：液体 20℃、 水； 刻度标定(厂家 厂家)： ℃ 气体 20℃、101325 Pa的空气 ℃ 的空气 2) 条件变化时，需要校正： 条件变化时，需要校正： a)当流体的密度发生变化时， a)当流体的密度发生变化时， 当流体的密度发生变化时 ρ A(ρ f − ρB ) Vs , B = Vs , A ρB (ρ f − ρ A )
Re
102 103 104 105 106 107
0.9
u/umax
0.8
0.7 0.6
0.5 102 103 104 105 106 107
Remax
3）测速管应放置于流体均匀流段，且其管口截面严格垂 ） 测速管应放置于流体均匀流段， 直于流动方向，一般测量点的上，下游最好均有50倍直径长 直于流动方向，一般测量点的上，下游最好均有 倍直径长 的直管距离，至少应该有 倍直径长的直管段。 的直管距离，至少应该有8~12倍直径长的直管段。 倍直径长的直管段 4）测速管安装于管路中， 装置头部和垂直引出部分都将 ）测速管安装于管路中， 对管道内流体的流动产生影响，从而造成测量误差。因此， 对管道内流体的流动产生影响，从而造成测量误差。因此， 除选好测点位置，为尽量减少对流动的干扰， 除选好测点位置，为尽量减少对流动的干扰，一般应选取测 速管的直径小于管径的1/15。 。 速管的直径小于管径的
3、孔板流量计的优缺点 、
优点：构造简单， 优点：构造简单，安装方便 缺点：流体通过孔板流量计的阻力损失很大 缺点：
A ∆pf ,0 = 1− 0 ( p1 − p0 ) 1 A
孔板的缩口愈小，孔口速度愈大，阻力损失愈大。 孔板的缩口愈小，孔口速度愈大，阻力损失愈大。所 以 ， 选择合适的孔板流量计A0/A1 的值， 是设计该流量计 选择合适的孔板流量计 的值 ， 的核心问题。 的核心问题。
4、安装 、 a）管口截面： ）管口截面： 严格垂直于流体的流动方向； 严格垂直于流体的流动方向； 且前后直管各50d , 至少 8-12d； 且前后直管各 ； c）测速管直径： 外径不超过管径的 ）测速管直径： 外径不超过管径的1/15； ； d）测量气体时： 压力变化不超过 ）测量气体时： 压力变化不超过15%； ； 要求气体流速 > 5 m/s； ； e）压差较小时： 可配合微差压差计使用。 ）压差较小时： 可配合微差压差计使用。 5、适用条件 、 大直径管路；流体含固体杂质时不宜采用。 大直径管路；流体含固体杂质时不宜采用。 b）测量点选择： 在稳定流动段（直管段）， ）测量点选择： 在稳定流动段（直管段），
四、转子流量计
1、转子流量计的结构及工作原理 、 2、流量公式 、 假设在一定的流量条件下， 假设在一定的流量条件下 ， 转子处于 平衡状态，截面2-2’和截面 和截面1-1’的静压强 平衡状态，截面 和截面 的静压强 分别为p 分别为 2和p1,若忽略转子旋转的切向力 若忽略转子旋转的切向力
( p1 − p2 ) Af
令 0 = CD C
1 1−( A / A ) 0 1
2
C0——孔流系数， 孔流系数， 孔流系数 C0=f (A0/A1,Re1)
∴u0 = C0
2( p1 − p0 )
ρ
用孔板前后压强的变化就可以计算孔板小孔流速u 用孔板前后压强的变化就可以计算孔板小孔流速 0 U型管压差计读数为 ，指示液的密度为 A 型管压差计读数为R，指示液的密度为ρ 型管压差计读数为
考虑阻力损失以后，需要对 考虑阻力损失以后，需要对u2进行校正
1 A 1 − ( 2 )2 A1 2 gV f ( ρ f − ρ ) Af ρ 2 gV f ( ρ f − ρ ) Af ρ
u2 = C0
= CR
校正系数CR=f (Re,转子形式 校正系数 转子形式) 转子形式 A型转子：Re>104，CR= 0.98 型转子： 型转子 B型转子：Re>103，CR= 0.72 型转子： 型转子 C型转子：Re>102，CR= 0.55 型转子： 型转子
6、毕托管的优点： 、毕托管的优点： 结构简单； ◇ 结构简单； 使用方便； ◇ 使用方便； 流体的机械能损失很少。 ◇ 流体的机械能损失很少。 7、毕托管的缺点： 、毕托管的缺点： 测速管只能得到流场中某点的局部速度； ◇ 测速管只能得到流场中某点的局部速度； 测压孔易堵塞。 ◇ 测压孔易堵塞。
b)当转子的密度也发生变化时， b)当转子的密度也发生变化时， 当转子的密度也发生变化时
Vs , B Vs , A
1) 优点
ρ A ( ρ ′f − ρ B ) = ρB (ρ f − ρ A )
4、转子流量计的优缺点 、
阻力损失小，测量范围宽， 阻力损失小，测量范围宽， 流量计前后不需稳定管段。 流量计前后不需稳定管段。 2) 缺点 小于0.5 不耐高温、 不耐高温、高压 (小于 MPa)， 小于 ， 只能垂直安装， 只能垂直安装，玻璃材质的流量计外壳易碎
p1
= Vf ρ f g
先不考虑阻力损失， 先不考虑阻力损失，在1-1及2-2间列伯努利方程 及 间列伯努利方程
2 u12 p2 u2 gz1 + + = gz2 + + ρ 2 ρ 2 1 2 p1 − p2 = ( z2 − z1 ) ρ g + ρ (u2 − u12 ) 2
上式两端同时乘以转子的截面积A 上式两端同时乘以转子的截面积 f
ρ
考虑到流体在孔板流动时会有阻力损失，加一校正系数CD 考虑到流体在孔板流动时会有阻力损失，加一校正系数
u0 = CD 1 1−( A / A ) 0 1