化工原理天大柴誠敬05定2

1

第一章流體流動1.8流量的測量2流量計(jì)分類定截面變壓差變截面定壓差測速管孔板流量計(jì)文丘里流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)3

第一章流體流動1.8流量的測量1.8.1測速管4一、測速管測速管又稱畢托管（Pitottube）。測速管測定的流速是管道截面上某一點(diǎn)的局部值，稱為點(diǎn)速度。圖1-27測速管動畫0252處的駐點(diǎn)壓力U管壓差計(jì)的讀數(shù)反映的是由此可知待測點(diǎn)的流速一、測速管6若U管壓差計(jì)內(nèi)充密度ρA為的指示液，其讀數(shù)為R，則因此可得：一、測速管7測速管的測量準(zhǔn)確度與其制造精度有關(guān)。一般情況下，需引入一個(gè)校正系數(shù)C，即(1-108)通常C=0.98～1.00，但有時(shí)為了提高測量的準(zhǔn)確度，C值應(yīng)在儀表標(biāo)定時(shí)確定。一、測速管8由點(diǎn)速度獲得管截面上的平均流速一、測速管9測速管的優(yōu)點(diǎn)是流體流經(jīng)測速管的能量損失較小，通常適于測量大直徑管路中的氣體流速，但不能直接測量平均流速，且壓差讀數(shù)較小，通常需配用微壓壓差計(jì)。當(dāng)流體中含有固體雜質(zhì)時(shí)，會堵塞測壓孔，故不宜采用測速管。一、測速管10

第一章流體流動1.8流量的測量1.8.1測速管1.8.2孔板流量計(jì) 11孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)(orificeflowmeter)是利用孔板對流體的節(jié)流作用，使流體的流速增大，壓力減小，以產(chǎn)生的壓力差作為測量的依據(jù)。動畫0312圖1-29孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)孔板縮脈13取孔板上游尚未收縮的流動截面為1-1，下游截面宜放在縮脈處，以便測得最大壓差讀數(shù)，但由于縮脈的位置及其截面積難于確定，故以孔板處為下游截面0-0’，在1-1和0-0’兩截面之間列機(jī)械能衡算方程，并暫時(shí)略去能量損失，可得或?qū)懗?1-109)(1-110)孔板流量計(jì)14校正因忽略能量損失帶來的偏差。應(yīng)用不可壓縮流體的連續(xù)性方程孔板小孔截面積管道截面積孔板流量計(jì)引入校正系數(shù)C1:15通常的做法是將上、下游兩個(gè)測壓口裝在緊靠著孔板前后的位置上?？装辶髁坑?jì)角接取壓法：16校正上、下游測壓口的位置影響。整理式1-110可得(1-111)孔板流量計(jì)引入校正系數(shù)C2:17令，則上式變?yōu)?1-112)體積流率為(1-113)孔板流量計(jì)18C0稱為流量系數(shù)或孔流系數(shù)，其值與Re、面積比A0/A1以及取壓法有關(guān)，需由實(shí)驗(yàn)測定。孔板流量計(jì)質(zhì)量流率(1-114)19圖1-30流量系數(shù)與Re的關(guān)系

20孔板流量計(jì)制造簡單，安裝與更換方便，其主要缺點(diǎn)是流體的能量損失大，A0/A1越小，能量損失越大?？装辶髁坑?jì)的永久能量損失，可按下式估算(1-117)孔板流量計(jì)永久能量損失21為了保證孔板前后流動的穩(wěn)定性，孔板流量計(jì)安裝位置的上、下游都要有一段內(nèi)徑不變的直管作為穩(wěn)定段，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，其上游直管長度至少應(yīng)為10d1，下游長度至少為5d1。孔板流量計(jì)穩(wěn)定段長度：22

第一章流體流動1.8流量的測量1.8.1測速管1.8.2孔板流量計(jì)1.8.3

文丘里流量計(jì)

23文丘里流量計(jì)為減少流體節(jié)流造成的能量損失，可用一段漸縮漸擴(kuò)的短管代替孔板，這就構(gòu)成了文丘里（venturiflowmeter）流量計(jì)。當(dāng)流體在漸縮漸擴(kuò)段內(nèi)流動時(shí)，流速變化平緩，渦流較少，于喉頸處（即最小流通截面處）流體的動能達(dá)最高。此后，在漸擴(kuò)的過程中，流體的速度又平緩降低，相應(yīng)的流體壓力逐漸恢復(fù)。如此過程避免了渦流的形成，從而大大降低了能量的損失。24圖1-31文丘里流量計(jì)文丘里流量計(jì)25由于文丘里流量計(jì)的工作原理類似于孔板流量計(jì)，在等徑管1-1’和喉管0-0’兩截面之間列機(jī)械能衡算方程，得到與孔板流量計(jì)相同的公式，流率可按下式計(jì)算文氏流量計(jì)的流量系數(shù)，其值由實(shí)驗(yàn)測定一般為0.98~0.99。文丘里流量計(jì)26通常文丘里流量計(jì)上游的測壓點(diǎn)距管徑開始收縮處的距離至少應(yīng)為管徑的1/2長度，而下游測壓口設(shè)在喉頸處。文丘里流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是能量損失小，但不如孔板那樣容易更換以適用于各種不同的流率測量；文丘里管的喉頸是固定的，致使其測量的流率范圍受到實(shí)際的限制。文丘里流量計(jì)27

第一章流體流動1.8流量的測量1.8.1測速管1.8.2孔板流量計(jì)1.8.3文丘里流量計(jì)1.8.4

轉(zhuǎn)子流量計(jì)

28轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)(rotaryflowmeter)流量計(jì)稱為變截面流量計(jì)，即壓力差幾乎保持不變，而收縮的截面積隨流量變化。動畫0529圖1-32轉(zhuǎn)子流量計(jì)1－錐形玻璃管；2－轉(zhuǎn)子；3－刻度轉(zhuǎn)子流量計(jì)30對于特定的轉(zhuǎn)子流量計(jì)，當(dāng)待測流體給定后，流量的大小僅僅取決于轉(zhuǎn)子與玻璃管之間的環(huán)隙面積。此時(shí)，流體流經(jīng)該環(huán)隙截面時(shí)，其流量與壓力差的關(guān)系相當(dāng)于流體流經(jīng)孔板流量計(jì)孔口的情況(1-121)轉(zhuǎn)子流量計(jì)31轉(zhuǎn)子流量計(jì)由專門廠家生產(chǎn)。通常廠家選用水或空氣分別作為標(biāo)定流量計(jì)的介質(zhì)。因此，當(dāng)測量其它流體時(shí)，需要對原有的刻度加以校正。轉(zhuǎn)子流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是能量損失小，測量范圍寬。但耐溫、耐壓性差。轉(zhuǎn)子流量計(jì)32

第一章流體流動1.9非牛頓型流體的流動1.9.1非牛頓型流體的流動特性33非牛頓型流體的流動特性流動特性不遵循牛頓黏性定律的流體統(tǒng)稱為非牛頓型流體。

n為流動特性指數(shù)，K稱為稠度系數(shù)。許多非牛頓型流體，在很大的剪切速率范圍內(nèi)，都可以用如下冪律形式的方程來描述

(1-122)34根據(jù)剪應(yīng)力與速度梯度（亦稱剪切速率）關(guān)系的不同，可將非牛頓型流體區(qū)分為若干類型。非牛頓型流體的流動特性35圖1-33流體的流變圖a牛頓型流體；b假塑性流體；c脹塑性流體；d賓漢塑性流體非牛頓型流體的流動特性36大多數(shù)非牛頓型流體屬于此種類型（如圖1-33中的b線），如聚合物溶液或熔融體、油脂、淀粉溶液等。表觀黏度對于假塑性流體，表觀黏度隨剪切速率的增加而減小，故n<1。一、假塑性流體(Pseudoplasticfluid)37二、脹塑性流體(dilatantfluid)n>1時(shí)稱為脹塑性流體（圖1-33的c線）。這類流體在流動時(shí)，表觀黏度隨剪切速率的增大而增大。某些濕沙，含有硅酸鉀、阿拉伯樹膠等的水溶液均屬于脹塑性流體。38三、賓漢塑性流體(Binghamplasticfluid)

(1-125)某些液體，如潤滑脂、牙膏、紙漿、污泥、泥漿等屬于賓漢塑性流體。39

第一章流體流動1.9非牛頓流體的流動1.9.1非牛頓型流體的流動特性1.9.2冪律流體在管內(nèi)流動的阻力40一、管內(nèi)層流對于冪律流體在管內(nèi)的流動代入剪應(yīng)力沿管徑方向的分布式：積分并整理，可得41管中心最大流速：管內(nèi)速度分布：管截面平均流速:一、管內(nèi)層流42非牛頓流體的廣義雷諾數(shù)摩擦系數(shù)摩擦阻力時(shí)流動為層流一、管內(nèi)層流43二、管內(nèi)湍流通過實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)，冪律流體在光滑管中作湍流流動時(shí)的摩擦系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)方程為44練習(xí)題目思考題1.各種流量計(jì)的測量原理。2.那些屬于變截面流量計(jì)，那些屬于變壓差流量計(jì)？3.非牛頓性流體的分類及特性。45流體靜力學(xué)方程及其應(yīng)用連續(xù)性方程、機(jī)械能衡算方程及其應(yīng)用管