边界层,压力计与压差计,流速与流量的测量
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测量流体速度方法
测量流体速度方法
测量流体速度的一种常用方法是使用流速计。
以下是一些常见的测量流体速度的方法：
1. 流速计：流速计是测量流体速度的专用设备。
常见的流速计包括旋转式流速计、热式流速计、超声波流速计等。
这些流速计能够测量流体在管道或其他容器内的速度。
2. 浮子法：浮子法是一种简单的测量液体流速的方法。
它通过测量液体中的浮子在给定距离内移动所需的时间来计算流速。
3. 压力差法：根据伯努利原理，流体在管道中流动时，速度增加时压力会降低。
通过测量管道两端的压力差，可以计算出流体的速度。
4. 热膨胀法：热膨胀法是测量气体流速的一种方法。
它基于热膨胀的原理，通过测量气体通过管道时产生的温度变化来计算流速。
5. 质量流量计：质量流量计是一种直接测量流体质量流量的方法，通过测量流体在单位时间内通过流量计的质量来计算流速。
这些方法各有优缺点，适用于不同的流体和测量条件。
在选择测量流体速度的方法时，需要考虑测量精度、测量范围、成本和实际应用等因素。
流体流速与流量的计算与测量
流体流速与流量的计算与测量流体流速与流量是涉及流体力学的重要概念，对于流体力学的研究和实际应用具有重要意义。
本文将介绍流体流速与流量的概念，以及计算和测量相应数值的方法。
一、流体流速的概念及计算方法流体流速是指流体在单位时间内通过管道或任何其他容器横截面的体积流量。
流体流速可以用公式v = Q/A来计算，其中v表示流速，Q表示流体通过横截面的体积流量，A表示横截面的面积。
根据流体的性质和实际应用的不同，我们需要采用不同的方法来计算流体流速。
以下是几种常见的计算方法：1. 流体通过管道的流速计算：当流体通过圆管时，我们可以使用公式v = 4Q/πD^2来计算流速，其中D表示管道的直径。
这个公式是基于流体连续性方程和泊松方程推导得出的。
2. 流体通过孔口的流速计算：当流体通过小孔或喷嘴时，我们可以使用公式v = √(2gh)来计算流速，其中g表示重力加速度，h表示从孔口到液面的高度差。
这个公式是基于能量守恒原理和伯努利定律推导得出的。
3. 流体通过泵的流速计算：当流体被泵送时，我们可以使用公式v = Q/A来计算流速，其中Q表示泵的流量，A表示泵出口的横截面积。
二、流体流量的概念及计算方法流体流量是指流体在单位时间内通过特定截面的质量或体积。
流体流量的计算方法根据不同的实际应用可以有所差异。
以下是几种常见的流体流量计算方法：1. 流体质量流量计算：流体质量流量可以使用公式m = ρQ来计算，其中m表示流体的质量流量，ρ表示流体的密度，Q表示流体通过截面的体积流量。
2. 流体体积流量计算：流体体积流量可以通过直接测量流体通过的容器的体积来计算。
具体的计算方法根据容器的形状和流体流动的特点可以有所不同。
三、流体流速和流量的测量方法为了准确地测量流体流速和流量，我们可以采用不同的设备和方法。
以下是几种常见的流体流速和流量的测量方法：1. 流速测量方法：- 流速测量仪：采用这种方法可以直接获得流体的流速数值，常见的流速测量仪有流量计和流速计。
【资料】边界层-压力计及压差计-流速及流量的测量汇编
应力，用τyx表示。
2020/7/14
随着流动距离的增大，Re= ρ ν ∞ χ / μ数值变大，会 有一段过渡到湍流，称为过渡区边界层。
边流界体层流内经流固动体将壁会前出缘现时不，稳边定界状层态的，流并动逐一渐般过为渡层到流湍， 流称，为此层后流的边边界界层层。称为湍流边界层。
2020/7/14
1.压力计：
2020/7/14
2020/7/14
2.压差计：
（1）U形压差计
设指示液的密度为 0 ，
p1
被测流体的密度为 。
A与A’ 面 为等压面，即 pA pA'
而 pAp 1g(m R )
pA ' p2gm 0gR
A
p2
m R A’
2020/7/14
所以
p 1g (m R ) p 2g m 0 gR
u 2gR(0 )
2020/7/14
流量的计算：
将U形压差计公式代入式中，得：
u0 C0
2Rg(0 )
根据u0即可计算流体的体积流量：
qV u0A0 C0A0
2R(g0)
质量流量：
q mq V C 0A 0 2 R(g 0 )
2020/7/14
三、文丘里（Venturi）流量计
文丘里流量计的流量计算
由于文丘里流量计的测量原理与孔板流量计相同， 其流量计算公式也与孔板流量计相似，即：
qV CvA0
2gR 0
2020/7/14
四、转子流量计
1、转子流量计的结构 （1）上粗下细的锥形玻璃管（锥 角约在4°左右）； （2）管内一个密度大于被测流体 的固体转子（或称浮子）； （3）流体自玻璃管底部流入，经 过转子和管壁之间的环隙，再从 顶部流出。
2020/7/14
随着流动距离的增大，Re= ρ ν ∞ χ / μ数值变大，会 有一段过渡到湍流，称为过渡区边界层。
边流界体层流内经流固动体将壁会前出缘现时不，稳边定界状层态的，流并动逐一渐般过为渡层到流湍， 流称，为此层后流的边边界界层层。称为湍流边界层。
2020/7/14
1.压力计：
2020/7/14
2020/7/14
2.压差计：
（1）U形压差计
设指示液的密度为 0 ，
p1
被测流体的密度为 。
A与A’ 面 为等压面，即 pA pA'
而 pAp 1g(m R )
pA ' p2gm 0gR
A
p2
m R A’
2020/7/14
所以
p 1g (m R ) p 2g m 0 gR
u 2gR(0 )
2020/7/14
流量的计算：
将U形压差计公式代入式中，得：
u0 C0
2Rg(0 )
根据u0即可计算流体的体积流量：
qV u0A0 C0A0
2R(g0)
质量流量：
q mq V C 0A 0 2 R(g 0 )
2020/7/14
三、文丘里（Venturi）流量计
文丘里流量计的流量计算
由于文丘里流量计的测量原理与孔板流量计相同， 其流量计算公式也与孔板流量计相似，即：
qV CvA0
2gR 0
2020/7/14
四、转子流量计
1、转子流量计的结构 （1）上粗下细的锥形玻璃管（锥 角约在4°左右）； （2）管内一个密度大于被测流体 的固体转子（或称浮子）； （3）流体自玻璃管底部流入，经 过转子和管壁之间的环隙，再从 顶部流出。
1.6 流速与流量的测定
由山上的湖泊中引水至某贮水池,湖面比贮水池面高 出45m,管路总长4000m(包括直管长度和局部阻力当 量长度),要求管道流量达到0.085m3.s-1,试选择管直 径为多少?假定所选管道的磨檫系数λ=0.02.经长期 使用,输水管内壁锈蚀,其磨檫阻力系数增大至 λ=0.03.问此时水的流量减至若干? 机械能衡算式:
l u l u h f = λ1 1 1 = λ2 2 2 ∑ d1 2 g d2 2g 2 2 u1 u2 = u2 = 1.225u1 d1 d2 Q2 = u2 × s2 = 1.225u1 × 2.25s1 = 2.76Q1
2
2
方案二:并联一根 l/2,内径为50mm的管子
l (u2 ) 2 l u u 2 hf = λ 1 1 = λ 2 2 + λ 2 ∑ d1 2 g d1 2 g d1 2 g
0.80 0.75 0.70 0.65 0.60 0.55 0.45 0.20
d0 工业标准孔板: < 0.5 d1
Re > 6 × 10 4 时,C0 = 0.60 ~ 0.65
Re =
d1u1 ρ
106
η
流量系数与Re之间的关系
1
d1S1u1
0
2
d0S0u0
0
d2S2u2
2
1
R
(3) 安装要求 1) 稳定段长度:上游15~40 d,下游5 d处; 2) 不宜安装在要求阻力很小处(如泵入口). (4) 主要优缺点 优点:结构简单牢固,制造,使用方便,性能稳定 优点: 可靠,造价低, 使用寿命长; 缺点: (1)测量精度普遍偏低; (2)范围度窄; (3)现场安装条件要求高; (4)压损大 约占流量计全部用量的1/4~1/3
边界层,压力计与压差计,流速与流量的测量23页PPT
边界层,压力计与压差计,流速与流量的 测量
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
1
0
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
1
0
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
化工原理 第一章 流速和流量的测量
2019/8/3
（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
2019/8/3
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
（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
2019/8/3
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
边界层压力计及压差计流速及流量的测量
整理得
p1 p2 (0 )gR
若被测流体是气体， 0 ，则有
p1 p2 Rg0
2020/6/26
（2）双液体U管压差计 适用于压差较小的场合。 密度接近但不互溶的两种指示 液A和C ( A C ) ；
扩大室内径与U管内径之比应 大于10 。
p1 p2 Rg( A C )
2020/6/26
1. 流速：单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。
（平均流速）： u qv A
m/s
2. 质量流速：单位时间内流经管道单位截面积的流体质量。
G qm qv u kg/（m2·s）
AA
流量与流速的关系： qm qv uA GA
• 测速管（皮托管） • 孔板流量计 • 文丘里流量计 • 转子流量计
AR——转子上端面处环隙面积 CR——转子流量系数
转子流量计流动示意图
2020/6/26
2020/6/26
2020/6/26
边界层 压力计与压差计的测量 流速与流量的测量
2020/6/26
一：边界层
概念：
边界层：紧贴壁面非常薄的一区域，流体速度的
变化主要发生在这里。
主体区（外流区）：边界层以外的流动区域。
黏度：速度梯度为1时，单位受力面积上流体层 之间内摩擦力的大小。
黏度应力：两相邻流体层之间单位面积上的内 摩擦力（实际上是表面力中的切应力，又称剪
P
P内管－P外管＝
u
2
2(0)gRu 2 NhomakorabeaR(0 )
2020/6/26
流量的计算：
将U形压差计公式代入式中，得：
u0 C0
2Rg(0 )
根据u0即可计算流体的体积流量：
流体力学实验_第四章流速与流量测量 [兼容模式]
![流体力学实验_第四章流速与流量测量 [兼容模式]](https://img.taocdn.com/s3/m/a4dd8a0ecc17552707220828.png)
流体粘性的影响：需满足Re>200，在小雷诺数时， 毕托管的标定系数将随雷诺数的变化而变化
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
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
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u
2 gR( 0 )
2013-1-19
流量的计算：
将U形压差计公式代入式中，得：
u 0 C0 2Rg( 0 )
根据u0即可计算流体的体积流量：
qV u0 A0 C0 A0
2Rg( 0 )
质量流量：
qm qV C0 A0 2Rg ( 0 )
1
1′
A f
AR——转子上端面处环隙面积 CR——转子流量系数
2013-1-19
转子流量计流动示意图
2013-1-19
内管处测得的是管口所在位置的局部流体动 压头与静压头之和，称为冲压头（能）。
2013-1-19
内外管之压强差为： P P内管－P外管＝
若使用U形管压差计，所测流体的密度为ρ， U型管压差计内充有密度为ρ0 的指示液， 读数为R。
u 2
2
P P －P外管＝ 内管
u 2
2
( 0 ) gR
流量与流速的关系： qm qv uA GA • • • • 测速管（皮托管） 孔板流量计 文丘里流量计 转子流量计
2013-1-19
一、测速管
测速管又称皮托（Pitot）管 测量原理：流体以流速u流向测速管，在内 管口A处降为0。
u P P v2 A ρ g ρ g 2g
边界层 压力计与压差计的测量
流速与流量的测量
2013-1-19
三：流速与流量的测量
1. 流速：单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。 q u v （平均流速）： m/s A 2. 质量流速：单位时间内流经管道单位截面积的流体质量。
qm q v G u A A
kg/（m2· s）
2013-1-19
三、文丘里（Venturi）流量计
文丘里流量计的流量计算 由于文丘里流量计的测量原理与孔板流量计相同， 其流量计算公式也与孔板流量计相似，即：
qV Cv A0
2gR 0
2013-1-19
四、转子流量计
1、转子流量计的结构
（1）上粗下细的锥形玻璃管（锥 角约在4°左右）； （2）管内一个密度大于被测流体 的固体转子（或称浮子）； （3）流体自玻璃管底部流入，经 过转子和管壁之间的环隙，再从 顶部流出。
2013-1-19
转子流量计的流量方程 ：
转子共受到三个力：重力（向下）、 压力（向上）、浮 当转子静止不动时，三个力平衡，即： 力（向上）。 0 u0 0′
( p1 p0 ) Af V f g f V f g
由此可推得转子流量计的体积流 量为：
qV C R AR 2( f )V f g
所以 整理得
p1 g(m R) p2 gm 0 gR
p1 p2 ( 0 ) gR
若被测流体是气体， 0 ，则有
p1 p2 Rg 0
2013-1-19
（2）双液体U管压差计 适用于压差较小的场合。 密度接近但不互溶的两种指示 液A和C ( A C ) ； 扩大室内径与U管内径之比应 大于10 。
进口段长度（Le）：流动达到充分发展所需的管长
管内充分发展： 层流时：Le/d≈0.05Re 湍流时：le≈40~50d （Re=ρ ud/μ )
P70
2013-1-19
边界层 压力计与压差计的测量
流速与流量的测量
2013-1-19
二：静力学 基本方程的应用 ：
压力计与压差计的测量
1.压力计：
2013-1-19
随着流动距离的增大，Re= ρ ν ∞ χ / μ数值变大，会 有一段过渡到湍流，称为过渡区边界层。 边界层内流动将会出现不稳定状态，并逐渐过渡到湍 流体流经固体壁前缘时，边界层的流动一般为层流， 流，此后的边界层称为湍流边界层。 称为层流边界层。
2013-119
2013-1-19
2.压差计：
（1）U形压差计 设指示液的密度为 0 ，
p1 p2
被测流体的密度为 。
A与A’ 面 为等压面，即 pA pA' 而
m R A A’
pA p1 g (m R)
pA' p2 gm 0 gR
2013-1-19
2013-1-19
边界层 压力计与压差计的测量
流速与流量的测量
2013-1-19
一：边界层
概念：
边界层：紧贴壁面非常薄的一区域，流体速度的 变化主要发生在这里。 主体区（外流区）：边界层以外的流动区域。 黏度：速度梯度为1时，单位受力面积上流体层 之间内摩擦力的大小。 黏度应力：两相邻流体层之间单位面积上的内 摩擦力（实际上是表面力中的切应力，又称剪 应力，用τyx表示。
p1 p2 Rg( A C )
2013-1-19
（3） 倒U形压差计 指示剂密度小于被测流体密度， 如空气作为指示剂。
p1 p2 Rg( 0 ) Rg
（4） 倾斜式压差计 适用于压差较小的情况。
（5） 复式压差计
适用于压差较大的情况。
2013-1-19