福建大学精品课件 化工原理课件1_流体流动

1、1 流体流动流体流动福州大学化学化工学院福州大学化学化工学院 1 流体流动流体流动1.1 1.1 流体静力学基本方程流体静力学基本方程1.1 1.1 流体静力学流体静力学（Fluid Statics）基本方程基本方程1.1.1 1.1.1 密度密度 Vm kg/m3（SI制）制）),(tpf 不可压缩流体：不可压缩流体：压力改变时其密度随压力改变很小的流体。压力改变时其密度随压力改变很小的流体。可压缩流体：可压缩流体：压力改变时其密度随压力改变有显著变化的压力改变时其密度随压力改变有显著变化的 流体。流体。液体：液体：= = f ( T ) 不可压缩流体不可压缩流体(Imcompressibl

2、e Fluid)气体：气体： = = f ( T ，p) 可压缩流体（可压缩流体（Compressible Fluid） 注：注：若在输送过程中压力改变不大，气体也可按不可压若在输送过程中压力改变不大，气体也可按不可压缩流体来处理。缩流体来处理。1 流体流动流体流动1.1 1.1 流体静力学基本方程流体静力学基本方程 理想气体的密度：理想气体的密度：标准状态（标准状态（1atm，0 ）下每）下每kmol气体的体积为气体的体积为22.4 m3，则其密度为，则其密度为4 .220M 气体的千摩尔质量气体的千摩尔质量kg/kmol理想气体标准状态下理想气体标准状态下的密度，的密度，kg/ m3TMp

3、TTpp1203. 0000 理想气体理想气体T，p下的密下的密度，度，kg/ m3RTpMVnMVm 或或注：注：以上以上3式只适用于理想气体。式只适用于理想气体。气体混合物：气体混合物：nn 2211体积分率，理想气体混合物中其值与摩尔分率体积分率，理想气体混合物中其值与摩尔分率x相等相等液体混合物：液体混合物：nnaaa 22111质量分率质量分率比容：单位质量物体的体积比容：单位质量物体的体积 1 kg/ m3记：常温下水的密度记：常温下水的密度1000kg/m3,标态下空气密度标态下空气密度1.293 kg/m3比重：某物质的密度对水（标态下空气）的密度之比比重：某物质的密度对水（标

4、态下空气）的密度之比dOCH42o 液体液体d标标态态空空气气气气体体 d1 流体流动流体流动1.1 1.1 流体静力学基本方程流体静力学基本方程1 流体流动流体流动1.1 1.1 流体静力学基本方程流体静力学基本方程1.1.2 1.1.2 压力（压强）压力（压强）(Pressure)(Pressure) 压力的单位和定义压力的单位和定义 流体的压力流体的压力（p）是流体垂直作用于单位面积上的力，严是流体垂直作用于单位面积上的力，严格地说应该称压强。称作用于整个面上的格地说应该称压强。称作用于整个面上的力力为为总压力总压力。 APp 压力（小写）压力（小写）力（大

5、写）力（大写）面积面积PamN2 p1 流体流动流体流动1.1 1.1 流体静力学基本方程流体静力学基本方程1at1at（工程大气压）（工程大气压）= 1kgf/cm= 1kgf/cm2 2 =9.807 =9.80710104 4 N/N/m m2 2(Pa)(Pa) =10 mH =10 mH2 2O O =735.6 mmHg =735.6 mmHg记：记：常见的压力单位及它们之间的换算关系常见的压力单位及它们之间的换算关系 1atm =101300Pa=101.3kPa=0.1013MPa1atm =101300Pa=101.3kPa=0.1013MPa =10330kgf/m =10

6、330kgf/m2 2=1.033kgf/cm=1.033kgf/cm2 2 =10.33mH =10.33mH2 2O O =760mmHg =760mmHg1 流体流动流体流动1.1 1.1 流体静力学基本方程流体静力学基本方程真空度真空度压强压强表压表压大气压大气压绝对真空绝对真空绝压绝压绝压绝压图图1-8 压强的基准和度量压强的基准和度量 压力的表示方法（压强的基准）压力的表示方法（压强的基准） 压强的大小常以压强的大小常以两种不同的基准两种不同的基准来表示：一是来表示：一是绝对真空绝对真空，所测得的压强称为所测得的压强称为绝对压强绝对压强；二是大气压强，

7、所测得的压强称；二是大气压强，所测得的压强称为为表压表压或或真空度真空度。一般的测压表均是以大气压强为测量基准。一般的测压表均是以大气压强为测量基准。（1 1）被测流体的压力）被测流体的压力 大气压大气压表压表压 = 绝压大气压绝压大气压pm = pabpa即即（2 2）被测流体的压力）被测流体的压力 流体真正得到的功率流体真正得到的功率即即 轴功率轴功率N 有效功率有效功率Ne效率效率1e NN eNN 1 流体流动流体流动1.2 1.2 流体流动的基本方程流体流动的基本方程 衡算基准不同时的柏努利方程衡算基准不同时的柏努利方程) 以单位重量流体为衡算基准以单位重量流体为衡算基准 fewug

8、zpwugzp222221112121 J/kggwguzgpgwguzgpfe 2222222111 mNJm/skgJ2 令令gwhgwhff ,ee流体输送机械对每牛顿流体所做的功流体输送机械对每牛顿流体所做的功 fehguzgphguzgp2222222111 位头位头（位压头）（位压头）压力头压力头（静压头）（静压头）速度头速度头（动压头）（动压头）泵的扬程泵的扬程压头损失压头损失总压头总压头1 流体流动流体流动1.2 1.2 流体流动的基本方程流体流动的基本方程) 以单位体积流体为衡算基准以单位体积流体为衡算基准 ftpugzppugzp2222222111 33mJmkgkgJ

9、全风压全风压压力降（阻力损失）压力降（阻力损失） 注注：柏努利方程是针对理想流体而又无外功加入时的以柏努利方程是针对理想流体而又无外功加入时的以单位质量为衡算基准的机械能衡算式，实际流体的以单位质单位质量为衡算基准的机械能衡算式，实际流体的以单位质量为衡算基准的机械能衡算式我们称为量为衡算基准的机械能衡算式我们称为实际流体的柏努利方实际流体的柏努利方程程。 fewugzpwugzp222221112121 J/kg1 流体流动流体流动1.2 1.2 流体流动的基本方程流体流动的基本方程不稳定流动不稳定流动 在工程实际中有时会遇到不稳定流动的状态，如开工在工程实际中有时会遇到不稳定流动的状态，如

10、开工阶段，此时可根据某个流动的瞬间列出物料衡算式（微分阶段，此时可根据某个流动的瞬间列出物料衡算式（微分方程），然后进行积分。方程），然后进行积分。 对可压缩流体（如气体）对可压缩流体（如气体） 对可压缩流体，其对可压缩流体，其是随压力的变化而变化的，在流体是随压力的变化而变化的，在流体输送过程中，输送过程中，p是变化的，因此是变化的，因此也是变化的，但是对于也是变化的，但是对于短距短距离输送离输送，可把，可把看作常数，或者当看作常数，或者当2%2021m121 时时ppp1 流体流动流体流动1.2 1.2 流体流动的基本方程流体流动的基本方程（2 2）柏努利方程的应用）柏努利方程的应用 例例

11、1 如图所示的一牛奶输如图所示的一牛奶输送系统，牛奶用泵由真空锅炉送系统，牛奶用泵由真空锅炉被抽送经冷却器至位于高被抽送经冷却器至位于高9m的的牛奶贮罐，真空锅炉内的真空牛奶贮罐，真空锅炉内的真空度为度为660mmHg，贮罐通大气，贮罐通大气，牛奶输送量为牛奶输送量为4.35t/h，整个管，整个管路的阻力损失为路的阻力损失为20J/kg，冷却，冷却器的压力损失为器的压力损失为0.4kgf/cm2，牛，牛奶的比重可近似取为奶的比重可近似取为1，计算泵，计算泵的有效功率，若泵的效率为的有效功率，若泵的效率为0.6，计算泵的实际输入功率（轴，计算泵的实际输入功率（轴功率）。功率）。 11229m1.

12、5m00572.5mm 322mm1 流体流动流体流动1.2 1.2 流体流动的基本方程流体流动的基本方程方法：方法： （1）选取基准面；）选取基准面； （2）确定上下游截面，即衡算范围；（选择已知条件）确定上下游截面，即衡算范围；（选择已知条件最多、或待求量在选取的截面上或在选取的截面内，所取截最多、或待求量在选取的截面上或在选取的截面内，所取截面应与流体流动方向垂直）面应与流体流动方向垂直） （3）列柏努利方程求解。）列柏努利方程求解。 1 流体流动流体流动1.2 1.2 流体流动的基本方程流体流动的基本方程 0.2m,BA R等压面等压面 例例2 水以水以60m3/h的流量在一倾的流量在

13、一倾斜 管 中 流 过 ， 此 管 的 内 径 由斜 管 中 流 过 ， 此 管 的 内 径 由100mm突然扩大到突然扩大到200mm，见附，见附图。图。A、B两点的垂直距离为两点的垂直距离为0.2m。在此两点间连接一。在此两点间连接一U形压差计，形压差计，指示液为四氯化碳，其密度为指示液为四氯化碳，其密度为1630kg/m3。若忽略阻力损失，试。若忽略阻力损失，试求：（求：（1）U形管两侧的指示液液形管两侧的指示液液面哪侧高，相差多少面哪侧高，相差多少mm？ （2）若将上述扩大管道改为）若将上述扩大管道改为水平放置，压差计的读数有何变水平放置，压差计的读数有何变化？化？ 1 流体流动流体流

14、动1.2 1.2 流体流动的基本方程流体流动的基本方程Hgu2/22gp/2)2/()/(222gugpgp/3gu2/23)2/()/(233gugp3z12 例例1-3 1-3 如图所示，一高位槽液面高度保持为如图所示，一高位槽液面高度保持为H H，高位槽，高位槽下接一管路。在管路上下接一管路。在管路上2 2、3 3处各接两个垂直玻璃管，一个是处各接两个垂直玻璃管，一个是直的，用来测静压；一个有弯头，用来测动压头与静压头之直的，用来测静压；一个有弯头，用来测动压头与静压头之和。和。1 流体流动流体流动1.2 1.2 流体流动的基本方程流体流动的基本方程流体流动的求解方法：流体流动的求解方法

15、： 画出示意图；画出示意图； 上、下游截面以及基准水平面要在图中标出；上、下游截面以及基准水平面要在图中标出；截面应与流动方向垂直，两截面间流体应该是连续不断的；截面应与流动方向垂直，两截面间流体应该是连续不断的； 各个物理量的单位要各个物理量的单位要 一致；一致； 压强要注意其基准，等式两边要用同一基准；压强要注意其基准，等式两边要用同一基准； 所取截面应该是已知条件最多的，或待求物理量应取在两所取截面应该是已知条件最多的，或待求物理量应取在两 截面之间，或在其中一个截面上；截面之间，或在其中一个截面上； 等号左边是上游截面，右边是下游截面，阻力是加在下游等号左边是上游截面，右边是下游截面，

16、阻力是加在下游 截面侧；截面侧； 算出的结果的压强后面应加上真空度、表压或绝压。算出的结果的压强后面应加上真空度、表压或绝压。1 流体流动流体流动1.3 1.3 流体流动现象流体流动现象1.3 1.3 流体流动现象（流体流动的内部结构）流体流动现象（流体流动的内部结构）1.3.1 1.3.1 牛顿粘性定律与流体的粘度牛顿粘性定律与流体的粘度（1 1）牛顿粘性定律）牛顿粘性定律 影响流体流动时内摩擦大小的因素很多，其中属于物理影响流体流动时内摩擦大小的因素很多，其中属于物理性质方面的是流体的粘性。衡量流体粘性大小的物理量称为性质方面的是流体的粘性。衡量流体粘性大小的物理量称为粘度粘度。A u=0

17、B u=0B uA u=0 x yyudd（1-28）动力粘度简称粘度，动力粘度简称粘度，Pas 速度梯度速度梯度1 流体流动流体流动1.3 1.3 流体流动现象流体流动现象 牛顿粘性定律适用于牛顿粘性定律适用于牛顿型流体牛顿型流体（Newtonian fluids），），即速度梯度与剪应力成线性关系；不符合牛顿粘性定律的流即速度梯度与剪应力成线性关系；不符合牛顿粘性定律的流体称为体称为非牛顿型流体非牛顿型流体（Non-newtonian fluids）。）。 sPamsNmm/sN/mdd22 yu 动力粘度动力粘度(Viscosity) )1 流体流动流体流动1.3 1.3 流体流动现象流

18、体流动现象 sPamsNmm/sN/mdd22 yu SI制制sPa10cP005. 13C20o 记：记： （泊泊）Pscmgcmsdyncmcm/sdyn/cmdd22 yu cgs制制cP1000P10sPa1P0.01)cP( ，厘泊工程制工程制 1kgf s/m2 = 9810cP（2 2）粘度的单位）粘度的单位 1 流体流动流体流动1.3 1.3 流体流动现象流体流动现象1.3.2 1.3.2 流体流动型态流体流动型态（1 1）雷诺实验）雷诺实验水水水平玻璃管水平玻璃管水箱水箱细管细管水水溢流堰溢流堰小瓶（密度与水相近）小瓶（密度与水相近）阀阀雷诺实验雷诺实验图（图（a a）层流）

19、层流图（图（b b）湍流）湍流1 流体流动流体流动1.3 1.3 流体流动现象流体流动现象（2 2）流型的判据）流型的判据 du Re 0002233smkgsmm/skgkg/mm/smsPakg/mm/smRe ud层流（层流（Laminar Flow）：）：Re 4000；2000 Re 1000）常认为三通局部阻）常认为三通局部阻力相对于直管沿程阻力而言很小可以忽略，跨过力相对于直管沿程阻力而言很小可以忽略，跨过O点进行点进行计算。计算。C2CB2BA2Aududud sCsBsAVVV 1 流体流动流体流动流体输送管路的计算流体输送管路的计算3333,dlu，2222,dlu，111

20、1,dluABC分支管路示意图分支管路示意图OBOf,2BBB2OOOO22 wupgzupgzE COf,2CCC2 wupgz OAf,2OOO2AAA22 wupgzwupgze OAf,Oe2AAA2 wEwupgz BOf,OAf,2BBB2 wwupgz COf,OAf,2CCC2 wwupgz 对于分支或汇合管路，无论对于分支或汇合管路，无论各支管内的流量是否相等，在分各支管内的流量是否相等，在分支点支点O处的总机械能为定值。处的总机械能为定值。1 流体流动流体流动流体输送管路的计算流体输送管路的计算 对于汇合管路，同样可以根据汇合点处的总机械能为对于汇合管路，同样可以根据汇合点

21、处的总机械能为定值进行分析。定值进行分析。l1d1u11l2d2u22l3d3u33BCAO汇合管汇合管路路OAf,2AAAO2 wupgzwEe OBf,O2BBB2 wEwupgze COf,O2CCC2 wEwupgze 1 流体流动流体流动流体输送管路的计算流体输送管路的计算 例例10-13 如下图所示，高位水箱下面接一如下图所示，高位水箱下面接一32mm2.5mm的水管，将水引向一楼某车间，其中，的水管，将水引向一楼某车间，其中，ABC段短管长为段短管长为15m。假设摩擦因数假设摩擦因数约为约为0.025，球心阀全开及半开时的阻力系数分，球心阀全开及半开时的阻力系数分别为别为6.4和

22、和9.5，其他局部阻力可忽略。试问：，其他局部阻力可忽略。试问： 12m113mAB2m2mCDE33221层楼层楼2层楼层楼 （1）当球心阀全开时，一楼水当球心阀全开时，一楼水管内水的流量为多少？管内水的流量为多少？ （2）今若在今若在C处接一相同直径的处接一相同直径的管子（如图中虚线所示），也装有管子（如图中虚线所示），也装有同样的球心阀且全开，以便将水引同样的球心阀且全开，以便将水引向离底层向离底层3m处的二楼。计算当一楼处的二楼。计算当一楼水管上阀门全开或半开时，一、二水管上阀门全开或半开时，一、二楼水管及总管内水的流量各为多少？楼水管及总管内水的流量各为多少？1 流体流动流体流动流体

23、输送管路的计算流体输送管路的计算 例例10-14 如图所示，一高位槽通过一总管及两支管如图所示，一高位槽通过一总管及两支管A、B分别向水槽分别向水槽C、D供水。假设总管和支管上的阀门供水。假设总管和支管上的阀门KO、KA、KB均处在全开状态，三个水槽液面保持恒定。试分析，当将均处在全开状态，三个水槽液面保持恒定。试分析，当将阀门阀门KA关小时，总管和支管的流量及分支点前关小时，总管和支管的流量及分支点前O处的压力如处的压力如何变化？何变化？112233K0OKBKAABDC1 流体流动流体流动流体输送管路的计算流体输送管路的计算(2) (2) 并联管路并联管路Vs1并联管路并联管路VsVs2A

24、OQB 各支管的阻力损失各支管的阻力损失相等相等。对总管（对总管（O到到Q）QOf,2QQQ2OOO22 wupgzupgz 对支管对支管1（O1Q）1f2QQQ2OOO22wupgzupgz 对支管对支管2（O2Q）2f2QQQ2OOO22wupgzupgz 2s1ssVVV 2221212ududud 特点：特点： 主管的流量等于并联的各支管主管的流量等于并联的各支管流量之和流量之和1 流体流动流体流动流体输送管路的计算流体输送管路的计算 22Q2OQOQO2f1ffOuuppzzgwww 如果如果O、Q点在同一水平面上，点在同一水平面上，O、Q处管径相等，有：处管径相等，有： QO2f1

25、fppww 如在图中由如在图中由A截面到截面到B截面列柏截面列柏努利方程，方程中总阻力为努利方程，方程中总阻力为BQf,QOf,OAf,BAf, wwwwBQf,f,1OAf, wwwBQf,2f,OAf, wwwBQf,2f,1f,OAf, wwww Vs1并联管路并联管路VsVs2AOQB1 流体流动流体流动流体输送管路的计算流体输送管路的计算如果并联管路中有如果并联管路中有n个支路，用角码个支路，用角码i表示任一分支路，则阻表示任一分支路，则阻力损失可以写作：力损失可以写作：22fiiiiiudlw (li包括局部阻力的当量长度包括局部阻力的当量长度)流体在各支管中的流量是如何分配呢？流

26、体在各支管中的流量是如何分配呢？iiiiiiilwdlwdVii f5f5s11. 142 nnnnldldldVVV 522521151s2s1s: nVVVVs2s1ss 同时应有同时应有1 流体流动流体流动流体输送管路的计算流体输送管路的计算复杂管路计算的注意事项复杂管路计算的注意事项: 在设计计算分支管路所需的能量时，为了保证将流在设计计算分支管路所需的能量时，为了保证将流体输送至需用能量最大的支管，就需要按照耗用能量最大的体输送至需用能量最大的支管，就需要按照耗用能量最大的那支管路计算。通常是由最远的支管开始，由远及近，依次那支管路计算。通常是由最远的支管开始，由远及近，依次进行各支

27、管的计算。如在按已知的流量和管路计算出的能量进行各支管的计算。如在按已知的流量和管路计算出的能量不等时，应取能量最大的为依据。这样确定的能量对需要能不等时，应取能量最大的为依据。这样确定的能量对需要能量较小的支路而言太大，此时可通过该支路上的阀门进行调量较小的支路而言太大，此时可通过该支路上的阀门进行调节，让多余的能量消耗在阀门上。节，让多余的能量消耗在阀门上。 在计算管路的总阻力时，如果管路上有并联管段存在计算管路的总阻力时，如果管路上有并联管段存在，则总阻力损失应为主管部分与并联部分的阻力损失和。在，则总阻力损失应为主管部分与并联部分的阻力损失和。在计算并联管段的阻力时，只需考虑其中任一管

28、段的阻力即在计算并联管段的阻力时，只需考虑其中任一管段的阻力即可，可，绝不能将并联的各段阻力全部加在一起作为并联管段的绝不能将并联的各段阻力全部加在一起作为并联管段的阻力。阻力。1 流体流动流体流动流速和流量测量流速和流量测量1.6 1.6 流速和流量测量流速和流量测量1.6.1 1.6.1 皮托管皮托管 测速管测速管（1 1）结构原理）结构原理ABRuri图图1-37 测速管测速管内管相当于一个冲压管，内管内管相当于一个冲压管，内管传递的是传递的是A点的冲压头，即点的冲压头，即gpgugphr 22AA通过侧壁小孔从外管传递出的是通过侧壁小孔从外管传递出的是B点的静压头点的静压头 gRuir

29、 2gRpp)(iBA gpgph BBgugpphhr22BABA / )(2)(2BABApphhgur 1 流体流动流体流动流速和流量测量流速和流量测量（2） 平均速度平均速度 u 的测定的测定 测速管所测的是管道截面上某一点的轴向速度测速管所测的是管道截面上某一点的轴向速度ur。若要。若要测定截面上的平均速度，应测定管中心至管壁若干点的速测定截面上的平均速度，应测定管中心至管壁若干点的速度，然后用积分法求其平均值。若已知管截面上的速度分度，然后用积分法求其平均值。若已知管截面上的速度分布规律，也可根据管中心的速度与平均速度的关系求出平布规律，也可根据管中心的速度与平均速度的关系求出平均

30、速度。均速度。u/uc与管内与管内Re的大小有关，如图的大小有关，如图1-38所示。若要求所示。若要求平均速度，可将皮托管放在管道中心线上（平均速度，可将皮托管放在管道中心线上（r = 0），测出），测出最大流速最大流速uc ，求出，求出Remax =duc/，查图查图1-38，求出，求出u/uc再求再求出出u。1 流体流动流体流动流速和流量测量流速和流量测量（3）皮托管的安装）皮托管的安装 测量点应取在充分发展了的流动管段，保证位于均匀流段，即测测量点应取在充分发展了的流动管段，保证位于均匀流段，即测量点距管口或转弯处量点距管口或转弯处l /L0 50d。 应与流动方向平行安置，保证管口截面

31、应与流动方向平行安置，保证管口截面严格垂直严格垂直于流动方向。于流动方向。 测速管外径测速管外径d0 d/50。1 流体流动流体流动流速和流量测量流速和流量测量（4）皮托管的优、缺点）皮托管的优、缺点 优点优点：误差小，与实际值的误差一般可在：误差小，与实际值的误差一般可在1%以内；阻力以内；阻力小，适于测量大直径气体管道内的流速。小，适于测量大直径气体管道内的流速。 缺点缺点：不能直接测出平均速度，压差读数小，常要放大：不能直接测出平均速度，压差读数小，常要放大才读得准确。才读得准确。1 流体流动流体流动流速和流量测量流速和流量测量1.6.2 孔板流量计孔板流量计（1）测量原理）测量原理 在

32、管道内插入一片与管轴线垂直且中央开圆孔的金属板，在管道内插入一片与管轴线垂直且中央开圆孔的金属板，就构成了孔板流量计，如图所示。就构成了孔板流量计，如图所示。注注：板上的孔要精细加工，：板上的孔要精细加工，安装时从前到后逐渐扩大，孔的中心位于管道中心线上，其侧安装时从前到后逐渐扩大，孔的中心位于管道中心线上，其侧边与管轴成边与管轴成45o角，称为角，称为锐孔锐孔。1 流体流动流体流动流速和流量测量流速和流量测量由由1 2，u, p由由2 3， u, p 流体通过孔板后，流速可流体通过孔板后，流速可回到原来的值，即流经孔板前回到原来的值，即流经孔板前后流速不变，但静压却没有恢后流速不变，但静压却

33、没有恢复到孔板前（截面复到孔板前（截面1处）的数处）的数值，流体在流经孔板克服流动值，流体在流经孔板克服流动阻力和孔板的局部阻力所产生阻力和孔板的局部阻力所产生的压降无法复原，这部分压降的压降无法复原，这部分压降称为称为永久压力降永久压力降。u01102233缩脉缩脉 R孔板流量计孔板流量计1 流体流动流体流动流速和流量测量流速和流量测量 孔板流量计正是利用流体通过孔板时流股截面变化引起孔板流量计正是利用流体通过孔板时流股截面变化引起动能与静压能的转化，由测量静压能的变化来确定流量。那动能与静压能的转化，由测量静压能的变化来确定流量。那么静压能变化如何测量？主要有两种方法。么静压能变化如何测量

34、？主要有两种方法。 角接法：测压口在孔板两侧，尽可能接近孔板，通常在角接法：测压口在孔板两侧，尽可能接近孔板，通常在法兰上。法兰上。 径接法：两测压口分别在孔板上游径接法：两测压口分别在孔板上游1倍管径处和下游倍管径处和下游0.5倍管径处。倍管径处。 1 流体流动流体流动流速和流量测量流速和流量测量 忽略流体从截面忽略流体从截面1-1流动至孔口流动至孔口0-0的阻力损失，根据柏的阻力损失，根据柏努利方程有：努利方程有： gugpgugp22200211 guAAguugpp21220210212001 0011AuAu 0121002)(11ppAAu 1 流体流动流体流动流速和流量测量流速和

35、流量测量 考虑到两取压口之间有阻力损失，将上式右边加一校正考虑到两取压口之间有阻力损失，将上式右边加一校正系数系数CD孔流系数孔流系数 01001210D0221ppCppAACu 01002ppCu 01000002ppACAuVVss 1 流体流动流体流动流速和流量测量流速和流量测量若采用正若采用正U型管压差计测量压型管压差计测量压差，则：差，则： gRCui 200 gRACVis 200u01102233缩脉缩脉 R孔板流量计孔板流量计1 流体流动流体流动流速和流量测量流速和流量测量 C0与哪些因素有关？与哪些因素有关？ C0主要取决于管道流动的主要取决于管道流动的Re1和和面积比面积

36、比m 、测压方式、孔口形状、测压方式、孔口形状、加工光洁度、孔板厚度和管壁粗糙加工光洁度、孔板厚度和管壁粗糙度也对度也对C0有影响。对以上情况都规有影响。对以上情况都规定的标准孔板，定的标准孔板， C0 = f(Re1 , m)，其，其关系由实验测定。关系由实验测定。 000111udReudRe 不不是是 如图所示为标准孔板（角如图所示为标准孔板（角接法）的接法）的C0曲线，此图为曲线，此图为单对单对数坐标图。数坐标图。1 流体流动流体流动流速和流量测量流速和流量测量在图中在图中Re极限允许极限允许线右端，线右端， C0不不再随再随Re1而变，成为一个仅决定而变，成为一个仅决定于于m的常数。

37、选用孔板流量计时的常数。选用孔板流量计时应尽量使常用流量时的应尽量使常用流量时的Re1数在数在该范围内，此时该范围内，此时VSR0.5。由图。由图查出查出C0代入代入VS计算式求计算式求VS 。 若若C0与与VS即与即与Re1有关，必有关，必须用试差法求须用试差法求VS 。1 流体流动流体流动流速和流量测量流速和流量测量（2 2）孔板流量计的安装和阻力损失）孔板流量计的安装和阻力损失 孔板流量计安装时，在上游和下游必须分别有（孔板流量计安装时，在上游和下游必须分别有（1540）d和和5d的直管距离。的直管距离。 孔板流量计的缺点是阻力损失大。这一阻力损失是由孔板流量计的缺点是阻力损失大。这一阻

38、力损失是由于流体与孔板的摩擦阻力，尤其是缩脉后流道突然扩大形成于流体与孔板的摩擦阻力，尤其是缩脉后流道突然扩大形成大量旋涡造成的。大量旋涡造成的。pf,0可写成可写成gRddppddpi）（ )(1 )()(1 210012100f,d0/ d1及（及（ p1 p0）时，时， pf,0 愈大愈大。d0/ d1 即即m，则，则C0，R,读数准确，但读数准确，但u0，pf,0 ；d0/ d1，m ，C0，R，读数不准确，读数不准确，u0，pf,0 。 选用孔板的中心问题是选择适当面积比选用孔板的中心问题是选择适当面积比m，兼顾适宜读数，兼顾适宜读数和和pf,0 。1 流体流动流体流动流速和流量测量

39、流速和流量测量1.6.3 1.6.3 文丘里管文丘里管 将测量管段制成如图所示的将测量管段制成如图所示的渐缩渐扩管渐缩渐扩管，避免了突然缩，避免了突然缩小和突然扩大，阻力损失大大降低。这种管称为小和突然扩大，阻力损失大大降低。这种管称为文丘里管文丘里管。在距文丘里管开始收缩处之前至少在距文丘里管开始收缩处之前至少1/2管径处设为上游取压口，管径处设为上游取压口，下游取压口通常设在文氏喉（最小截面）附近，两取压口连下游取压口通常设在文氏喉（最小截面）附近，两取压口连接接U压差计，就构成压差计，就构成文丘里流量计文丘里流量计。1 流体流动流体流动流速和流量测量流速和流量测量 文丘里管收缩角通常为文

40、丘里管收缩角通常为15o25o，扩大角一般为，扩大角一般为5o7o 。由于它的渐缩渐扩结构使流体流速改变时不形成旋涡由于它的渐缩渐扩结构使流体流速改变时不形成旋涡,故阻力故阻力小，永久压力降仅占压差读数的小，永久压力降仅占压差读数的10%左右。将孔板流量计的左右。将孔板流量计的流量计算式中流量计算式中Co改为文丘里管的流量系数改为文丘里管的流量系数CV，即可用于文丘，即可用于文丘里管的流量计算：里管的流量计算： isgRACAuV2oVoo式中式中CV为文丘里管的流量系数，为文丘里管的流量系数， CV约为约为0.980.99；Ao为文丘为文丘里管喉部面积，里管喉部面积，m2；uo为喉孔流速，为

41、喉孔流速，m/s。 由于阻力损失小，相同压差读数下文丘里管的流量比孔由于阻力损失小，相同压差读数下文丘里管的流量比孔板大，它对测量含有固体颗粒的液体也较孔板合用。其缺点板大，它对测量含有固体颗粒的液体也较孔板合用。其缺点是加工较难、精度要求高，因而造价高，安装时需占去一定是加工较难、精度要求高，因而造价高，安装时需占去一定管长位置。管长位置。1 流体流动流体流动流速和流量测量流速和流量测量 孔板流量计和文丘里流量计均是孔板流量计和文丘里流量计均是恒截面变压差恒截面变压差（变阻（变阻力）流量计。变阻力流量计是人为设置一阻力构件（如孔力）流量计。变阻力流量计是人为设置一阻力构件（如孔板），造成局部阻力（压降），利用能量守恒原理及连续板），造成局部阻力（压降），利用能量守恒原理及连续性方程关联此压降与流速乃至流量的关系。下面介绍另一性方程关联此压降与流速乃至流量的关系。下面介绍另一种种恒压差变截面恒压差变截面的流量计的流量计转子流量计。转子流量计。1 流体流动流体流动流速和流量测量流速和流量测量1.6.4 1.6.4 变截面流量计变截面流量计转子流量计转子流量计（1 1）转子流量计的工作原理）转子流量计的工作原理主体是一倒锥形玻璃管，锥角约主体是一倒锥形玻璃管，锥角约4o左右。左右。1 流体流动流