流速和流量测量的基本原理及特点
如何进行水流测量与流量计算
如何进行水流测量与流量计算引言：水是生命之源，随处可见的水流不仅在自然界中扮演着重要角色，也在工业生产和日常生活中扮演着至关重要的角色。
而了解水流的量和速度是进行科学研究、工程设计以及资源管理的基础。
本文将介绍水流测量的方法和流量计算的原理，帮助读者更好地理解这一领域的基本概念和技术。
一、流速测量的方法在进行流量计算之前，我们首先需要了解如何测量水流的流速。
以下是常见的几种流速测量方法：1. 浮标法浮标法是一种简单而直观的流速测量方法。
它适用于有明显水流的河流、溪流或管道中的流速测量。
测量者在水中放置浮标，然后观察它在一段距离内所需的时间来测量流速。
通过测量浮标在固定距离内所经过的时间，再结合距离，可以计算出水流的平均速度。
2. 流速计流速计是一种专用仪器，可以直接测量水流的速度。
它使用了多种原理，如旋转叶片、超声波或压力传感器等。
通过将流速计置于水流中，仪器将给出实时的水流速度读数。
这种方法通常比浮标法更准确和方便，特别适用于涉及精确测量的工程和科学研究。
3. 勒测法勒测法是一种通过测量水流对流体的压力进行流速估计的方法。
它通常应用于管道或河道等封闭系统中，使用特殊的勒测计来测量压力差。
通过压力差和流体性质，可以推算出流速。
勒测法精度较高，但需要专用仪器和更复杂的计算。
二、流量计算的原理测量流速后，我们可以通过流量计算来确定水流的总量。
以下是几种常见的流量计算方法：1. 平均速度法平均速度法是基于流速的平均值来计算流量的方法。
首先通过流速测量方法得到几个采样点的流速值，然后将这些值求平均。
接下来，将平均速度与管道的横截面积相乘，即可得到流量。
2. 勒测法上文提到的勒测法可以直接得到流速，从而可以直接计算流量。
勒测法的优势在于其高精度和实时性，尤其适用于对流量要求较高的场合。
3. 两点法两点法是一种利用流速在不同位置上的差异来计算流量的方法。
通过在管道的不同位置上测量流速，并记录下相应的对应位置，可以得到流速的分布情况。
流动测速原理
流动测速原理
流动测速原理是指通过测量流体在管道中的流速来确定流体速度的一种方法。
常用的流动测速原理有多种，下面介绍其中的几种原理。
1. 管道流量计：利用管道内的流体流动产生的压力差来测量流速。
根据伯努利方程，流体在运动过程中，速度越大，其压力越小。
通过安装在管道上的不同压力传感器，可以测量出管道内的压力差，并进而计算出流体的速度。
2. 质量流量计：通过测量单位时间内通过管道截面的流体质量来确定流速。
常用的质量流量计有热物理和热敏原理。
例如，热敏式质量流量计利用热敏电阻来测量流体通过管道时所带走的热量，从而得出流速。
3. 旋涡流量计：利用流体通过管道时形成的旋涡来测量流速。
当流体通过管道时，会在某个位置形成一个或多个旋涡。
旋涡流量计通过检测旋涡的频率和幅度来计算流速。
以上是一些常用的流动测速原理。
它们各有优缺点，适用于不同场合和要求。
例如，在液体流量测量中，可以选择管道流量计或质量流量计；在气体流量测量中，旋涡流量计常被使用。
具体选择何种原理，需要结合实际情况进行考虑。
ADCP流速及流量测量原理
随着海洋资源的开发利用，ADCP 在海洋工程、海洋观测和海洋能 源等领域的应用前景广阔。
环保监测
利用ADCP对水流、水温和水质等 进行实时监测，为环保部门提供准 确的数据支持。
农业灌溉
在农业灌溉领域，ADCP可用于测 量灌溉水的流量和流速，优化灌溉 方案，提高水资源利用效率。
未来展望
跨界融合
声学多普勒流速仪（ADCP）工作原理
ADCP主要由换能器、电子设 备、和数据存储器等组成。
换能器负责发射和接收声波 信号，电子设备处理接收到 的声波信号，数据存储器用
于存储测量数据。
ADCP通过向水体中发射声波 并接收反射或散射回来的声波 信号，利用多普勒效应计算出
流速。
流速测量的影响因素
悬浮颗粒浓度
声波发射
声波接收
流速计算
流量计算
利用声学多普勒效应，通 过测量声波在流体中传播 时因流体流速引起的频率 变化来推算流体的流速和 流量。
ADCP向流体中发射声波， 声波遇到流体中的颗粒或 障碍物后发生散射。
ADCP接收散射回来的声波 ，并分析声波频率的变化 。
根据声波频率的变化，结 合声波传播速度和流体物 理性质，计算出流体的流 速。
河流流速及流量测量
河流流速测量
ADCP通过向河水中发射声波，利用声波在水中的传播速度差异，测量水流的垂 直和水平方向速度分量，从而得到河流的实时流速。
河流流量测量
基于流速和断面面积，ADCP通过测量河流的断面面积，结合流速数据，计算河 流的流量。
海洋流速及流量测量
海洋流速测量
在海洋环境中，ADCP通过向海水发 射声波，利用声波在水中的传播速度 差异，测量海水的流速。
ADCP流速及流量测量原 理
ADCP流速及流量测量原理
ADCP流速及流量测量原理ADC流速及流量测量原理是指使用ADCP（Acoustic Doppler Current Profiler）测量水流速和流量的原理。
ADCP是一种利用声学多普勒效应测定液体中微小颗粒速度的设备，可以通过声波对液体中流动物体的速度进行测量，进而计算水流速和流量。
ADCP的测量原理包括声波的发射和接收、多普勒效应的应用以及数据处理三个方面。
首先，在ADCP中，通过一个或多个发射器向水体中发射一束或多束高频声波，一般在100kHz至1MHz之间。
这些声波在水体中传播并与水体中的颗粒相互作用。
由于声速在液体中有一定值，当声波遇到运动的颗粒时，声波的频率将发生变化。
根据多普勒效应，颗粒运动方向和音源接收器之间的相对速度将导致声波的频率偏移。
经过接收器接收的声波频率相对于发射时的频率偏移量与颗粒速度成正比。
其次，ADCP利用多普勒效应来测量颗粒的速度。
接收到的声波频率偏移量与颗粒速度成正比，通过测量频移量的大小可以得出颗粒的速度。
多个接收器可以同时测量不同方向的速度分量。
这种多普勒效应测量的速度被称为径向速度，即相对于发射器和接收器之间连线的径向速度。
最后，通过对径向速度的测量数据进行处理，可以得到水流速和流量的信息。
针对横截面或纵向的速度分布，可以进行不同的数据处理方法，如简单平均或高斯拟合。
通过分析速度分布在水体断面上的变化，可以计算出水体的平均流速和流量。
此外，还可以根据声波的传播时间和相互作用，对水体的深度进行测量。
总之，ADCP利用声波与水体中微小颗粒相互作用，通过多普勒效应测量颗粒的速度，进而计算水流速和流量。
其原理包括声波发射和接收、多普勒效应的应用以及数据处理。
该技术在水文学和海洋学研究中得到广泛应用，可以用于测量河流、海洋和湖泊等水体的流速和流量，对水资源管理和环境保护具有重要意义。
化工原理 第一章 流速和流量的测量
（5）测速管安装于管路中，装置头部和垂直引出部 分都将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，尽量减少对流动 的干扰外，一般应选取皮托管的直径小于管径的 1/50。 （6）测速管对流体的阻力较小，适用于测量大直径 管道中清洁气体的流速，若流体中含有固体杂质时 ，易将测压孔堵塞，故不宜采用。
速：
2019/8/3
R
R
R
qV 0 urdA 0 ur 2rdr 2 0 rurdr
u qV A
（2）根据管内的最大流速与平均流速之间的关系， 测出管内的最大流速，然后确定平均流速及流量。 该法要使用试差法，其具体步骤为： ①假设流型（层流或湍流）； ②由最大流速计算平均流速（如u＝0.5umax）； ③校核流型（与假设流型是否相符）。 （3）根据皮托管测量管中心的最大流速，利用关系 曲线（图1－38）查取最大速度与平均速度的关系， 求出截面的平均速度，进而计算出流量。
2019/8/3
【说明】洗涤液（水）从喉管加入时，气液两相 间相对流速很大，液滴在高速气流下雾化，尘粒 被水湿润。尘粒与液滴或尘粒与尘粒之间发生激 烈碰撞和凝聚。在扩散管中，气流速度减小，压 力回升，以尘粒为凝结核的凝聚作用加快，凝聚 成粒径较大的尘粒，而易于被捕集。
文丘里除尘器
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2019/8/3
4
d12
0.1252
4
管道的Re：
Re
d1 u1
0.125 880 1.1 0.67 103
1.81105
Re c
故假设正确，以上计算有效。苯在管路中的流量为：
qV＝48.96 m3/h
流量计工作原理
流量计工作原理流量计是一种用来测量流体流动速度的仪器，它在工业生产、环境监测、实验室研究等领域都有着广泛的应用。
流量计的工作原理是基于流体动力学和传感器技术，通过测量流体的流速、流量和压力等参数来实现对流体流动状态的监测和控制。
下面将详细介绍流量计的工作原理。
首先，流量计的工作原理与流体动力学密切相关。
流体动力学是研究流体在不同条件下流动规律的科学，它包括了流速、流量、压力、密度、黏度等参数的测量和分析。
流量计通过测量流体的流速和流量来实现对流体流动状态的监测。
在流体流动过程中，流速和流量是两个最基本的参数，它们直接影响着流体的输送效率和能量损失。
因此，流量计的工作原理首先是基于对流体流动状态的准确测量和分析。
其次，流量计的工作原理还与传感器技术密切相关。
传感器是流量计中最关键的部件之一，它通过感知流体的压力、温度、速度等参数，并将这些参数转化为电信号输出。
常见的流量计传感器包括了电磁式流量计、涡街流量计、超声波流量计等。
这些传感器通过不同的原理和技术来实现对流体流动参数的测量和监测。
例如，电磁式流量计利用法拉第电磁感应原理，通过测量导电流体在磁场中的运动状态来计算流体的流速和流量；涡街流量计则是利用涡街效应，通过测量涡街频率来计算流速和流量。
传感器技术的不断创新和发展，使得流量计在测量精度、稳定性和可靠性方面得到了极大的提升。
最后，流量计的工作原理还与信号处理和数据分析相关。
传感器输出的电信号需要经过信号处理和数据分析才能得到最终的流体流动参数。
信号处理包括了放大、滤波、线性化等过程，以确保传感器输出的信号能够准确地反映流体流动状态。
数据分析则是通过数学模型和算法来对传感器输出的信号进行处理和计算，得到流速、流量等参数。
现代流量计通常配备了微处理器和数字信号处理器，能够实现对复杂流体流动状态的实时监测和分析。
综上所述，流量计的工作原理是基于流体动力学和传感器技术，通过对流体流动状态的测量、信号处理和数据分析来实现对流体流动状态的监测和控制。
流体力学实验_第四章流速与流量测量 [兼容模式]
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管柄堵塞的影响：毕托管管柄堵塞使流体过流面积 减小，流速增加，静压减小，总压不变。毕托管管柄 直径≤1/50管道直径且插入深度≤管道半径时可忽略
横向流速梯度的影响：毕托管头部与流体之间的相 互作用引起邻近流线的微小位移，使较高流速区的流 线移至总压孔处，总压增大。通过测压位置修正。
考虑温度效应，可采用
E 2 (Tw Te )( A BU n )
n
分段拟合多项式，即 E 2 ( Ai BiU CiU 2 DiU 3 ) 1 40
将热线风速仪的输出电压E和已知流动速度U直接联系在 一起，对每一个流速U，对应一个电压E值做出E-U曲线，也
就是校准曲线。
(1) 校准的原因
热线热膜探针的性能是随制造工艺、探针尺寸和金属丝、 膜的材料而异的，即使是相同的材料、制造工艺、尺寸， 其性能也不可能完全一样；
探针的性能和流体的温度、密度以及测量时的气压有关； 探针的性能也和实验室环境条件、污染情况有关； 探针使用后会发生老化； 探针的性能和流速范围有关； 探针在测量中是和仪器结合在一起使用的，真正的相应
对于给定的热线，e , R0 , A, B都为常数，因此 Iw, Rw,U 之间
存在确定的函数关系。
恒流静态方程
当工作电流 Iw＝常数时，Rw和U之间具有如下关系：
Rw
R0 ( A B Iw2e R0 ( A
U B
) U
)
恒流式热线风速仪
27
恒温静态方程
当工作电阻 Rw ＝常数时，Iw 和U之间具有如下关系：
Rw
流量计测量原理
流量计测量原理简介流量计是一种用于测量液体、气体或蒸汽等流体流量的仪器。
它广泛应用于工业生产、环境保护、能源行业以及水处理等领域。
在本篇文章中，我们将介绍与流量计测量原理相关的基本原理，包括流体力学原理、物理原理以及电磁感应原理。
一、流体力学原理流体力学原理是流量计测量中的基础，它主要依据控制体内流体质量守恒和动量守恒的原理进行测量。
1.1 流体质量守恒原理根据流体质量守恒原理，流过任意截面的质量流量相等。
流量计利用这一原理来测量流体的流量。
例如，我们可以使用差压流量计来测量液体或气体的流量。
差压流量计包括一个管子，管子中截面变化，形成一个小孔。
当流体通过该小孔时，速度将增加，从而出现一个压力降。
差压流量计通过测量这个压力降来计算流体的流量。
根据质量守恒原理，流体通过小孔的质量流量与流体通过前后截面的质量流量相等，根据已知的截面积和密度，可以计算流体的流量。
1.2 动量守恒原理根据动量守恒原理，单位时间内流过控制体的动量变化等于流入和流出的动量之差。
流量计利用这一原理来测量流体的流速。
例如，我们可以使用涡轮流量计来测量液体的流速。
涡轮流量计包括一个转子和一个磁铁。
当液体通过涡轮流量计时，转子受到流体的冲击而开始旋转。
通过测量旋转速度，可以计算出液体的流速。
根据动量守恒原理，流体动量的变化等于流入和流出涡轮的动量之差，根据已知的转子质量和动量，可以计算出液体的流速。
二、物理原理流量计中还应用了一些物理原理来进行测量，包括热物理原理和旋转物理原理。
2.1 热物理原理根据热物理原理，流体的流量与其传热量之间存在一定的关系。
流量计利用这一原理来测量流体的流量。
例如，我们可以使用热式流量计来测量气体的流量。
热式流量计包括一个加热元件和一个测温元件。
当气体通过热式流量计时，加热元件加热气体，测温元件测量气体的温度。
根据已知的加热功率和气体的热导率，可以计算出气体的流量。
2.2 旋转物理原理根据旋转物理原理，流体的流量与旋转物体的角速度之间存在一定的关系。
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❖4.流量计及其主要参数 ❖用于测量流量的计量器具称 为流量计。有一次装置和二次 仪表组成。 ❖流量计的主要技术参数有： ❖流量测量范围上限值： A=a×10n ❖其中 a=1.0,1.25,1.6,2.0,2.5,3.2,4 .0,5.1,(6.0),6.3,8.0 ❖差压测量范围上限值
5
容积式计量表
椭圆齿轮 流量计
腰轮流量 计
活塞式 流量计
括板式流 量计
6
❖ 2.流速法 原理：速度型流量计以流体一元流动
的连续方程为理论依据，即当流通截面 确定时，流体的体积流量与截面上的平 均流速成正比。
形式：差压式、转子式、涡轮式、层 流式，电磁式、声波式
特点：使用性能好，精度高；可用于 高温、高压介质的测量，流动状态、Re 对测量的影响大。
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皮托管
均速管
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❖ 测速管的安装
❖ 1.必须保证测量点位于均匀流段，一般要求测 量点上、下游的直管长度最好大于50倍管内径， 至少也应大于8～12倍。
❖ 2.致负偏差。
❖
3.测速管的外 即d0<d/50。
径
d0
不应
超过
管
内
径
d
的1/50，
❖ 测速管对流体的阻力较小，适用于测量大直径
管道中清洁气体的流速，若流体中含有固体杂
质时，易将测压孔堵塞，故不易采用。此外，
测速管的压差读数较小，常常需要放大或配微
压计。
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4.3节流式流量计
❖ 4.3.1测量原理与流量方程 ❖ 节流式流量计是利用流体流经节流元件产生的压力差
来实现流量测量的。将节流件垂直安装在管道中，以 一定取压方式测取孔板前后两端的压差，并与压差计 相连，即构成节流式流量计。
8
❖ 应当指出，无论哪一种流 量计，都有一定的适用范 围，对流利的特性以及管 道条件都有特定的要求。 目前生产的容积法和速度 法流量计，都要求满足下 列条件：
❖ ① 流体必须充满管道内 部，并连续流动；
❖ ②流体在物理上和热力学 上是单相的，流经测量元 件时不发生相变；
❖ ③流体的速度一般在音速 以下。
10
11
❖ 内管所测的是流体在A处的局部动能和静压能之和，
称为总压能。 测速管内管A处：
pA
p
1
.
u2
2
由于外管壁上的测压小孔与流体流动方向平行，所以外
管仅测得流体的静压能，即外管B处：
pB p
U形压差计实际反映的是内管冲压能和外管静压能之差，
即
pp Ap B( p1 2u .2) p1 2u .2
流速和流量测量的基本原理及 特点
1
❖ 本章主要内容： ❖ 4.1概述 ❖ 4.2测速管 ❖ 4.3节流式流量计 ❖ 4.4转子流量计 ❖ 4.5涡轮流量计 ❖ 4.6电磁流量计 ❖ 4.7靶式流量计 ❖ 4.8超声波式流量计 ❖ 4.9涡街流量计 ❖ 4.10哥利奥里式流量计
本章重点：
1.节流式流量计的工作原 理、特点、流量方程的推 导、标准节流装置、参数 分析。
流动状态的多样性: 流体流动状态 的多样性表现在层流与紊流， 明渠流与 管流， 充满流与非充满流，旋转流与脉 动流。
4
❖ 4.1.2流量测量方法
❖ 1.容积法 原理：容积型流量计测量流量的基本依据是，
单位时间内被测流体充满(或排出)某一定容容 器的次数。即有
qv= n·V 式中， V为定容容器的容积，n为单位时间 内被测流体充满(或排出)定容容器的次数 。 形式：椭圆齿轮式、腰轮式、刮板式、活塞 式等 。 特点：流动状态对测量的影响小，精度高； 有一定的压力损失；不宜用于高温、高压、脏 污介质的测量。
则该处的局部速度为
v
2p
修正后的流量公式v： 2p一般取 0.98
对于可压缩流体v：（1-）122p
❖ 由此可知，测速管实际测得的是流体在管截面某处的点速 度，因此利用测速管可以测得流体在管内的速度分布。若 要获得流量，可对速度分布曲线进行积分。也可以利用皮 托管测量管中心的最大流速，利用图所示的关系查取最大 速度与平均速度的关系，求出管道与Re的关系、截面的平 均速度，进而计算出流量，此法较常用。
7
❖ 3.质量法 这类流量计以测量与流体质量有关的物理效
应为基础，分为直接式、推导式和温度压力补 偿式三种。
直接式质量流量计利用与质量流量直接有关 的原理(如惯性系中的牛顿第二定律)进行测量。
❖ 推导式质量流量计是同时测取流体的密度和体 积流量，通过运算而推导出质量流量的。一般， 它由速度型流量计和密度计组合而成。。 温度压力补偿式质量流量计也可看成是一种 推导式质量流量计，只是它不配用密度计，而 是利用温度、压力与密度之间的关系，将温度、 压力的测量值转换为密度，再与体积流量进行 运算而得到质量流量。
2.转子流量的工作原理及 特点、刻度换算。
3.其他流量计的基本原理 和特点。
本章难点：节流式流量计 的流量方程2 的推导。
4.1概述
❖ 4.1.1流体与流量
❖ 流体: 是指具有流动性能的物质，一般可以认为是气体 和液体的总称。
❖ 流量: 是指单位时间内通过某截面的流体数量，称瞬 时流量。它可用质量单位表示，也可用体积单位表示， 分别称为质量流量(kg/s)和体积流量（m3/s) 。
B=b ×10n
其中b=1.0,1.6,2.5,4.0,6.0
压力损失：用流9 量计进、出口 的静压差表示。
4.2测速管
❖ 测速度的结构与测量原理 测速管又称皮托（Pitot） 管，如图所示，是由两根弯成直角的同心套管组成， 内管管口正对着管道中流体流动方向，外管的管口 是封闭的，在外管前端壁面四周开有若干测压小孔。 为了减小误差，测速管的前端经常做成半球形以减 少涡流。测速管的内管与外管分别与U形压差计相 连。
❖ 体积流量表达式为： qv vA
❖ 质量流量表达式为：
qm vA
❖ 测量某一段时间内流过的流体量，即瞬时流量对时间
的积分，称之流体总量。
Qv
t2 t1
q v dt
Q m
t2 t1
q
m
dt
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❖ 流体性质和流体运动的复杂性 流体性质多样性 : 流体性质的多样
性表现在密度、粘度不同，单相流、多 相流之分，可压缩性的强弱，牛顿流体 与非牛顿体管路系统的多样性,管道形状， 壁面光滑程度。