1.8 流量测量

1、1.8 流量测量流量测量 流量计流量计 变压头流量计变压头流量计 变截面流量计变截面流量计 将流体的将流体的动压头的变化以静压头的变化动压头的变化以静压头的变化 的形式表示的形式表示出来。如：测速管、孔板流出来。如：测速管、孔板流 量计和文丘里流量计量计和文丘里流量计 压力降固定，流体流量变化时流道的截压力降固定，流体流量变化时流道的截 面积发生变化面积发生变化。如：转子流量计。如：转子流量计 1. 结构结构 1.8.1 测速管测速管 R 21 测速管测速管 2. 测量原理测量原理 21 2 1 2 ppu 1.8.1 测速管测速管 压差计的指示数压差计的指示数R代表代表1，2两处的压强之差两

2、处的压强之差。 2 2 112 uppp 12 ppp gRu 0 2 2 )(2 0 gR u 测速管测定管内流体的基本原理和换算公式测速管测定管内流体的基本原理和换算公式 若所测流体的密度为若所测流体的密度为，U型管压差计内充有密度型管压差计内充有密度 为为0的指示液，读数为的指示液，读数为R。 1.8.1 测速管测速管 若被测流体为气体时，上式可简化为若被测流体为气体时，上式可简化为: : gR u 0 2 注意注意：测速管所测得的是点流速，测速管所测得的是点流速， 不是平均流速，也不是流量。不是平均流速，也不是流量。 1.8.1 测速管测速管 实际使用时实际使用时 )(2 0 gR c

3、u c=0.981.00 6 例题：例题：50的空气流经内径为的空气流经内径为300mm的管道，管的管道，管 中心安装了测速管。已知：中心安装了测速管。已知：U形管压差计读数形管压差计读数 R=15mmH2O柱，测量点压力为柱，测量点压力为400mmH2O柱柱(表表 压压)。试计算管路中空气的质量流量。试计算管路中空气的质量流量。 分析：分析： s V关关系系图图与与 圆圆管管 max uuu平均平均 Re, max u 7 解：标准状态下空气的密度为解：标准状态下空气的密度为1.293kg/m3，则，则操操 作条件下空气的密度为作条件下空气的密度为 3 /135. 1 10330 40010

4、330 5015.273 15.273 293. 1mkg sm gR u/1 .16 135. 1 015. 081. 9100022 0 max u形管压差计内的指示液为水，形管压差计内的指示液为水，=1000kg/m3，压，压 差计读数差计读数R=0.015m。因测速管安装在管道中心，。因测速管安装在管道中心， 则可求得则可求得最大流速最大流速 8 查得查得50空气的粘度空气的粘度 SPa 5 1096. 1 查图，得查图，得 5 5 max 108 . 2 1096. 1 135. 11 .163 . 0 Re du 84. 0 max u u smuu/5 .131 .1684. 0

5、84. 0 max 则管路中空气的质量流量为则管路中空气的质量流量为 skgudm/08. 1135. 15 .133 . 0 44 22 l测速管应放置于流体测速管应放置于流体均匀流段；均匀流段； l为提高准确性，测量点前后为提高准确性，测量点前后l直 直50di； ； l皮托管不宜太粗，以减少对流动的干扰。一般皮托管不宜太粗，以减少对流动的干扰。一般 应选取皮托管外径应选取皮托管外径d0di/50； l皮托管管口截面严格垂直于流动方向。皮托管管口截面严格垂直于流动方向。 1.8.1 测速管测速管 3. 安装安装 优点：优点：流动阻力小，拆装方便，主要用于大管流动阻力小，拆装方便，主要用于大

6、管 径气体流速或大气中风速的测量。径气体流速或大气中风速的测量。 缺点：缺点：测压孔小，易堵塞，因此不宜用于测量测压孔小，易堵塞，因此不宜用于测量 含固体粒子的流体速度。不能直接测出平均流含固体粒子的流体速度。不能直接测出平均流 速，压差小，不易读准。速，压差小，不易读准。 1.8.1 测速管测速管 4. 特点特点 1. 结构结构 1.8.2 孔板流量计孔板流量计 缩脉缩脉 1 1 2 2 未收缩的截面为未收缩的截面为1-1截面，孔板后缩脉处为截面，孔板后缩脉处为2-2 截面，列截面截面，列截面1-1到截面到截面2-2间的柏努利方程式，间的柏努利方程式， 因流量计水平放置，若暂不计阻力损失，则

7、有因流量计水平放置，若暂不计阻力损失，则有 2 2 21 2 1 22 pupu 2. 工作原理工作原理 1.8.2 孔板流量计孔板流量计 )(2 212 1 2 2 pp uu 1.8.2 孔板流量计孔板流量计 问题：（问题：（1 1）实际有能量损失；）实际有能量损失； （2）缩脉处的准确位置无法确定。）缩脉处的准确位置无法确定。 解决方法：解决方法：用孔口速度用孔口速度u0 0替代缩脉处速度替代缩脉处速度u2 2， 并相应乘上并相应乘上校正系数校正系数 C 14 )(2 212 1 2 2 pp uu )(2 012 1 2 0 pp Cuu 根据连续性方程，对不可压缩流体根据连续性方程，

8、对不可压缩流体 2 0 10 1 d uu d )(2 )/(1 01 4 10 0 pp dd C u 4 10 )/(1dd C Co )(2 01 pp Cu oo 若若U形管指示液密度为形管指示液密度为 0，则，则 gR Cu oo )(2 0 gR ACAuV oo )(2 0 00 1.8.2 孔板流量计孔板流量计 )(2 01 pp Cu oo C0流量系数（孔流系数）流量系数（孔流系数） A0孔面积。孔面积。 3. C0孔板流量系数（孔流系数）孔板流量系数（孔流系数） 管内的管内的Re 孔板开孔面积比孔板开孔面积比A0/A1 取压方式取压方式 结构尺寸结构尺寸 加工状况加工状况

9、 )/(Re, 100 AAfC 对标准孔板，其流量系数对标准孔板，其流量系数C0可表示成可表示成 C0的影响因素的影响因素 1.8.2 孔板流量计孔板流量计 C0 =0.60.7 17 0.84 0.82 0.80 0.7 0.78 0.76 C0 0.74 0.6 A0 0.72 A1 0.70 0.5 0.68 0.66 0.4 0.64 0.3 0.62 0.2 0.60 0.1 0.05 3 10 4 105 106 Re1 孔流系数C 0与Re1及A0/A1的关系 Re超过某界限值时，超过某界限值时， C0=const，此时流量此时流量 就与压差计读数的平就与压差计读数的平 方根成

10、正比，因此，方根成正比，因此， 在孔板的设计和使用在孔板的设计和使用 中，希望中，希望Re大于界限大于界限 值。值。 )/(Re, 100 AAfC Re临界值临界值 18 例题：例题：在在 603.5mm的管路中安装有一孔径为的管路中安装有一孔径为 30mm的的标准孔板流量计标准孔板流量计，管内输送，管内输送20的液态苯。的液态苯。 试确定：试确定： （1）流量多少时，孔流系数）流量多少时，孔流系数C0与流量无关；与流量无关； （2）该流量下孔板压差计所检测到的压差。）该流量下孔板压差计所检测到的压差。 19 解：由附录查得解：由附录查得20时苯：时苯： = 879 kg/m3， = 0.7

11、3710-3 Pas 查图，该孔板的孔流查图，该孔板的孔流 系数系数C0为定值的最小为定值的最小 Re为为1.05105，与，与 此此Re数对应，本题数对应，本题 条件下苯的流量为：条件下苯的流量为： 22 00 0.03 0.32 0.053 dA Ad 20 22 3 2 00 3.66 10879 28.8kPa 20.64 0.785 0.032 V P C A 即，管内苯的流量达即，管内苯的流量达 3.6610-3 m3/s 后，孔流系后，孔流系 数数 C0 为一定值，由图查得为一定值，由图查得 C0 = 0.64。 /sm1066. 31005. 1 8794 10737. 005

12、3. 014. 3 44 335 3 22 Re d dudV 与该流量对应的孔板压差计所检测到的压差为：与该流量对应的孔板压差计所检测到的压差为： 4.孔板流量计的阻力损失孔板流量计的阻力损失 gR A A p h pp A A p h f f f f )( )1 . 11( )1 . 11( 0 1 0 21 1 0 1.8.2 孔板流量计孔板流量计 为了保证孔板前后流动的稳定性，安装时要为了保证孔板前后流动的稳定性，安装时要 求求直管长度直管长度： l前 前10di， ，l后 后5di； ； 5. 孔板流量计的安装孔板流量计的安装 1.8.2 孔板流量计孔板流量计 缺点：流体通过孔板流量

13、计的阻力损失很大。缺点：流体通过孔板流量计的阻力损失很大。 6. 孔板流量计的特点孔板流量计的特点 1.8.2 孔板流量计孔板流量计 优点：结构简单，制造、安装方便优点：结构简单，制造、安装方便 孔板的缩口愈小，孔口速度愈大，阻力损孔板的缩口愈小，孔口速度愈大，阻力损 失愈大。所以，失愈大。所以，选择孔板流量计选择孔板流量计A0/A1的值，的值， 往往是设计该流量计的核心问题。往往是设计该流量计的核心问题。 A B R 1. 结构结构 1.8.3 文丘里流量计文丘里流量计 收缩段锥角通常取收缩段锥角通常取15 25 ， 扩大段锥角小些，一般为扩大段锥角小些，一般为5 7 1.8.3 文丘里流量

14、计文丘里流量计 gR ACV V 0 0 2 Re 文丘里管的结构文丘里管的结构 2. 测量原理测量原理 影响影响CV的因素：的因素： 湍流情况下，湍流情况下，CV的值一般为的值一般为 0.98-0.99。 1.8.3 文丘里流量计文丘里流量计 优点：优点：阻力损失小阻力损失小，故尤其适用于低压气体输送。，故尤其适用于低压气体输送。 缺点：结构不如孔板流量计紧凑；缺点：结构不如孔板流量计紧凑； 加工精度要求高；加工精度要求高； 制造难度大；制造难度大； 造价较高造价较高。 3. 特点特点 1.8.3 文丘里流量计文丘里流量计 28 u A R R 变压力流量计的特点：变压力流量计的特点： 恒截

15、面，变压头。恒截面，变压头。 总结：总结： 流体出口 锥形硬 玻璃管 刻度 转子 流体入口 11 22 0u 1. 结构结构 1.8.4 转子流量计转子流量计 30 微锥形玻璃管，锥角约为微锥形玻璃管，锥角约为 4 左右左右 。 转子（或称浮子），直径转子（或称浮子），直径 略小于玻璃管的内径；略小于玻璃管的内径； 转子密度须大于被测流体转子密度须大于被测流体 的密度。的密度。 净净重重力力升升力力 u0 0 0 1 1 u1 浮浮 力力 2. 测量原理测量原理 1.8.4 转子流量计转子流量计 重力重力 浮浮力力 升力升力 u0 0 0 1 1 u1 按理想流体推导，摩擦力为零。按理想流体推

16、导，摩擦力为零。 向上推力与转子的净重力平衡时：向上推力与转子的净重力平衡时： gVAp fff )( 向上推力：向上推力： 向下的转子净重力：向下的转子净重力：Vf(f-)g pAf 1.8.4 转子流量计转子流量计 gz up gz up 0 2 00 1 2 11 22 )( 2 )( 2 1 2 01001 uugzzpp 在在0-0、1-1面间列伯努利方程：面间列伯努利方程： 重力重力 浮浮力力 升力升力 u0 0 0 1 1 u1 10 zz )( 2 2 1 2 001 uupp ff AuuApp 2 1 2 001 2 gVAuu fff 2 1 2 0 2 gVA A A

17、u fff 2 1 02 0 1 2 1100 AuAu f ff A gV A A u 2 1 1 2 1 0 0 p R C 1.8.4 转子流量计转子流量计 gVAp fff )( 34 p C A gV Cu R f ff R 2 2 0 f ff RRR A gV ACAuV 2 0 R C -流量系数，无单位，与转子形状及流量系数，无单位，与转子形状及Re有关。有关。 R A -转子与玻璃管间的环隙截面积，转子与玻璃管间的环隙截面积， m2 1.8.4 转子流量计转子流量计 3. 安装注意事项安装注意事项 v转子流量计必须转子流量计必须垂直安装，垂直安装，且且下进、上出下进、上出； v应应安装支路安装支路，以便于检修。，以便于检修。 4. 特点特点 优点优点：读取流量直观方便读取流量直观方便；阻力损失小阻力损失小；测；测 量精度高；能适用于