流体流量(上)-概述 截流式

1、1热工测量仪表热工测量仪表流体流量的测量方法流体流量的测量方法27.1 流量测量概述流量测量概述 在热力发电厂中，流体（水、蒸汽、油等）的流量直接反映在热力发电厂中，流体（水、蒸汽、油等）的流量直接反映设备的设备的负荷高低负荷高低，工作状况工作状况和和效率效率等运动情况。等运动情况。 监视流量对热力设备的安全、经济运行及能源管理监视流量对热力设备的安全、经济运行及能源管理有着重要意义。有着重要意义。 流体流量就是单位时间内流过某一截面的流体的量，称为流体流量就是单位时间内流过某一截面的流体的量，称为瞬瞬时流量时流量。 在某一段时间间隔内流过某一截面流体的量称为流过的总量。在某一段时间间隔内流过

2、某一截面流体的量称为流过的总量。显然，流过的总量可以用在该段时间内瞬时流量对时间的积显然，流过的总量可以用在该段时间内瞬时流量对时间的积分得到，所以总量常称为分得到，所以总量常称为积分流量积分流量或或累计流量累计流量。 总量除以得到总量的时间间隔就称为该段时间内的总量除以得到总量的时间间隔就称为该段时间内的平均流量平均流量。3流体的流量可以用单位时间内流过的质量（流体的流量可以用单位时间内流过的质量（ ）表示，称为表示，称为质量流量质量流量，也可以用单位时间内流过的体积，也可以用单位时间内流过的体积（ ）来表示，）来表示， 称为称为体积流量体积流量，它们之间的关系，它们之间的关系为为（7-1）

3、式中：式中： 为流体密度，它随工质状况而变，因此给出体积为流体密度，它随工质状况而变，因此给出体积流量流量 的同时，必须指明被测流量的密度。的同时，必须指明被测流量的密度。/mdmqkg sdt 3/vdVqmsdt mvqq vq4 在测量气体流量时，为了便于比较，常将测得的体积流量在测量气体流量时，为了便于比较，常将测得的体积流量 换算成标准状态下的体积流量换算成标准状态下的体积流量 ，称为，称为标准体积流量标准体积流量（ ）。它们之间的关系为）。它们之间的关系为 （7-2）式中：式中： 为标准状态（温度为为标准状态（温度为 和压力为和压力为101325Pa绝对绝对压力）下的被测气体密度。

4、对于一定的被测气体，压力）下的被测气体密度。对于一定的被测气体， 是定是定值，所以已知标准体积流量，也就确定了其质量流量值，所以已知标准体积流量，也就确定了其质量流量 。 vqvnq3/msvnvnqqnn20 C。mq5 目前工业上常用的流量测量方法大致可以分为目前工业上常用的流量测量方法大致可以分为容积式、速度容积式、速度式和质量式式和质量式三类。三类。 速度式速度式流量测量（测流速）流量测量（测流速）孔板、喷嘴、转子流量计、毕托管、涡轮流量计、超声波孔板、喷嘴、转子流量计、毕托管、涡轮流量计、超声波流量计等流量计等 容积式容积式流量测量流量测量测量单位时间经过仪表排出流体的固定容积数目测

5、流量测量单位时间经过仪表排出流体的固定容积数目测流量椭圆齿轮流量计等椭圆齿轮流量计等 质量式质量式流量测量流量测量叶轮式质量流量计等（测量叶轮旋转次数）叶轮式质量流量计等（测量叶轮旋转次数）直接或间接测量单位时间流过质量直接或间接测量单位时间流过质量流体流量的测量方法流体流量的测量方法6流量测量仪表的校验与分度 除标准节流装置和标准毕托管以外除标准节流装置和标准毕托管以外的各种流量测量仪表，在的各种流量测量仪表，在出厂大都需要用实验来求得仪表的出厂大都需要用实验来求得仪表的流量系数流量系数，以确定仪表的，以确定仪表的流量刻度标尺流量刻度标尺，即进行流量计的分度。，即进行流量计的分度。 在使用中

6、还需要在使用中还需要定期检验定期检验，检查仪表的基本误差是否超过仪，检查仪表的基本误差是否超过仪表的准确度级所允许的误差范围。表的准确度级所允许的误差范围。 标准节流装置的分度关系和误差，可按标准节流装置的分度关系和误差，可按“流量测量节流装置流量测量节流装置国家标准国家标准”中规定通过计算确定，但必须指出，中规定通过计算确定，但必须指出，“标准标准”中中的流量系数等数据也是通过大量实验求得的。的流量系数等数据也是通过大量实验求得的。 另外，在测量准确度要求很高时，还是要将成套节流装置进另外，在测量准确度要求很高时，还是要将成套节流装置进行实验分度和校验。行实验分度和校验。7 在进行流量测量仪

7、表的校验和分度时，瞬时流量的标准是在进行流量测量仪表的校验和分度时，瞬时流量的标准是用用标准砝码标准砝码、标准容积标准容积和和标准时间标准时间通过一套标准实验装置通过一套标准实验装置来得到的。来得到的。 所谓所谓标准实验装置标准实验装置，也就是能调节流量并使之高度稳定在，也就是能调节流量并使之高度稳定在不同数值上的一套液体或气体循环系统。不同数值上的一套液体或气体循环系统。 若能保持系统中流量稳定不变，则可通过准确测量某一段若能保持系统中流量稳定不变，则可通过准确测量某一段时间和这段时间内通过系统的流体时间和这段时间内通过系统的流体总容积总容积或或总质量总质量，由下，由下式求得这时系统中的式求

8、得这时系统中的瞬时体积流量瞬时体积流量或或质量流量质量流量的标准值。的标准值。mqmVqV8 将将流量标准值流量标准值与安装在系统中的与安装在系统中的被校仪表被校仪表指示值对照，就指示值对照，就能达到校验和分度被校流量计的目的。能达到校验和分度被校流量计的目的。 图图7-17-1所示为水流量标定系统。该系统用高位水槽来产生压所示为水流量标定系统。该系统用高位水槽来产生压头，并用溢流的方法保持压力恒定，以达到稳定的目的；头，并用溢流的方法保持压力恒定，以达到稳定的目的； 用与切换机构同步的用与切换机构同步的计时器计时器来测定来测定流体流入计量槽的时间流体流入计量槽的时间； 用用标准容积计量槽标准

9、容积计量槽（或用称重设备）测定（或用称重设备）测定V V； 被校流量计前后必须有足够长的直管段，流量调节由被校被校流量计前后必须有足够长的直管段，流量调节由被校流量计后的阀门控制。系统所能达到的雷诺数受高位水槽流量计后的阀门控制。系统所能达到的雷诺数受高位水槽高度的控制，为了达到更大的雷诺数，有些实验装置用高度的控制，为了达到更大的雷诺数，有些实验装置用多多级稳压罐级稳压罐代替高位溢流水槽做代替高位溢流水槽做恒压水源恒压水源。910 经过容积标定的经过容积标定的基准体积管基准体积管和高准确度的和高准确度的容积式容积式流量计流量计也经常作为流量测量仪表校验和分度的标也经常作为流量测量仪表校验和分

10、度的标准。由于它们便于移动和能安装在生产工艺管道准。由于它们便于移动和能安装在生产工艺管道上，所以更适用于流量计的现场校验。上，所以更适用于流量计的现场校验。1112 基准体积管如图基准体积管如图7-2所示，其原理是一个等管径直径的橡所示，其原理是一个等管径直径的橡胶球在流体推动下通过前一开关时，发出一电脉冲去打开胶球在流体推动下通过前一开关时，发出一电脉冲去打开计数器的计数门，开始对时基脉冲计数；计数器的计数门，开始对时基脉冲计数； 当橡胶球通过后一开关时发出一电脉冲，关闭计数器的计当橡胶球通过后一开关时发出一电脉冲，关闭计数器的计数门，停止计数，两电脉冲信号间所计的脉冲数代表时间。数门，停

11、止计数，两电脉冲信号间所计的脉冲数代表时间。 两开关之间的管段容积是经过准确标定过的，即两开关之间的管段容积是经过准确标定过的，即V是确定是确定的，因此由测得时间就可求得瞬时体积流量。的，因此由测得时间就可求得瞬时体积流量。 基准体积管的两端有橡胶球投入和分离装置，使橡胶球能基准体积管的两端有橡胶球投入和分离装置，使橡胶球能自动从基准体积管前投入，从体积管后分离出来，连续循自动从基准体积管前投入，从体积管后分离出来，连续循环于体积管中。环于体积管中。 137.2 节流式流量计节流式流量计u在管道内装入节流件，流体流过节流件时流束收缩，在管道内装入节流件，流体流过节流件时流束收缩，于是在节流件前

12、后产生差压，对于一定形状和尺寸于是在节流件前后产生差压，对于一定形状和尺寸的节流件，一定的测压位置和前后直管段情况，一的节流件，一定的测压位置和前后直管段情况，一定参数的流体，和其他条件下，节流件前后产生的定参数的流体，和其他条件下，节流件前后产生的差压值随流量而变，两者之间并有确定的关系。因差压值随流量而变，两者之间并有确定的关系。因此可通过测量差压来测量流量。此可通过测量差压来测量流量。u节流变压降流量计的显示仪表就是节流变压降流量计的显示仪表就是差压计差压计，只是差，只是差压的标尺是压的标尺是按按求得的求得的流量与差压间的关系流量与差压间的关系，以，以流量流量值值刻度的。刻度的。14节流

13、件的形式节流件的形式u形式很多：有形式很多：有孔板、喷嘴、文丘利管、孔板、喷嘴、文丘利管、1/4圆喷嘴圆喷嘴等。等。u用得最广泛的节流件是用得最广泛的节流件是孔板孔板和和喷嘴喷嘴，这两种形式的节流，这两种形式的节流件的外形、尺寸已标准化，并同时规定了它们的取压方件的外形、尺寸已标准化，并同时规定了它们的取压方式和前后直管段要求，总称为式和前后直管段要求，总称为“标准节流装置标准节流装置”，通过，通过大量试验求得了这类标准节流装置的流量与差压的关系，大量试验求得了这类标准节流装置的流量与差压的关系，以以“流量测量节流装置国家标准流量测量节流装置国家标准”的形式公布。的形式公布。u凡符合国家标准的

14、节流装置，其凡符合国家标准的节流装置，其流量和差压之间的关系流量和差压之间的关系及及测量误差测量误差可按国家标准直接计算确定。可按国家标准直接计算确定。1516标准节流装置的适用范围标准节流装置的适用范围 1、只适用于测量、只适用于测量圆形截面圆形截面管道中的管道中的单相单相、均匀流体均匀流体的的流量；流量； 2、并要求、并要求流体充满管道流体充满管道； 3、在节流件前后一定距离内、在节流件前后一定距离内不发生相变不发生相变或或析出杂质析出杂质； 4、流速、流速小于音速小于音速，流动属于，流动属于非脉动流非脉动流； 5、流体、流体在节流件前在节流件前，流束与管道轴线平行流束与管道轴线平行，不得

15、有旋，不得有旋转流。转流。17一、标准节流装置一、标准节流装置 如图如图7-3所示，标准节流装置包括：所示，标准节流装置包括：节流件节流件、取压装置取压装置、节、节流件上游侧第一个阻力件、第二个阻力件，下游侧第一个阻流件上游侧第一个阻力件、第二个阻力件，下游侧第一个阻力件以及在它们之间的直管段。力件以及在它们之间的直管段。图图7-3 整套节流装置示意整套节流装置示意1上游侧第二个局部阻力件；上游侧第二个局部阻力件； 2上游侧第一个局部阻力件；上游侧第一个局部阻力件；3节流件；节流件；4下游侧第一个局部阻力件下游侧第一个局部阻力件1819标准节流装置应根据我国标准节流装置应根据我国流量测量节流装

16、置国家标准和检测流量测量节流装置国家标准和检测规程规程的规定进行设计、制造、安装和使用。我国的标准和国的规定进行设计、制造、安装和使用。我国的标准和国际标准（际标准（ISO/R541）基本一致。）基本一致。1993 年发布了国标年发布了国标GB/T262493流量测量节流装置：用流量测量节流装置：用孔孔板板、喷嘴喷嘴和和文丘里管文丘里管测量充满圆管的流体流量。测量充满圆管的流体流量。201、标准节流件及其取压装置、标准节流件及其取压装置标准节流件的形式和取压方式，目前国际规定如下：标准节流件的形式和取压方式，目前国际规定如下： 标准孔板：角接取压、法兰取压；标准孔板：角接取压、法兰取压； 标准

17、喷嘴（亦称标准喷嘴（亦称ISA1932喷嘴）：角接取压。喷嘴）：角接取压。 国际上还有一些其他的已标准化了的节流件，如国际上还有一些其他的已标准化了的节流件，如径径距取压距取压（即（即D和和0.5D取压，取压，D为管道内径）为管道内径）标准孔板标准孔板，径距取压长径喷嘴径距取压长径喷嘴（亦称（亦称ASME喷嘴），喷嘴），古典文丘古典文丘利管利管和和文丘利喷嘴文丘利喷嘴等。等。211.1标准孔板标准孔板标准孔板的结构如图，孔板要求如下：标准孔板的结构如图，孔板要求如下：（1）标准孔板的开孔直径）标准孔板的开孔直径d是一个重要的尺寸，是一个重要的尺寸，应实际测量。测量在上游段进行，最好是应实际测量

18、。测量在上游段进行，最好是在四个大致相等的角度上测量直径，求其在四个大致相等的角度上测量直径，求其平均值。要求各个单测值与平均值之差在平均值。要求各个单测值与平均值之差在0.05%范围内。范围内。（2）标准孔板的全称是）标准孔板的全称是“同心薄壁锐缘孔同心薄壁锐缘孔板板”，因此孔板进口圆筒形部分应与管道，因此孔板进口圆筒形部分应与管道同心安装；同心安装；（3）孔板进口边缘应是严格直角，不能有毛）孔板进口边缘应是严格直角，不能有毛刺和可见的反光，即进口边缘应很尖锐，刺和可见的反光，即进口边缘应很尖锐，边缘半径不大于边缘半径不大于0.0004d。所谓薄壁是指。所谓薄壁是指孔板厚度孔板厚度E和圆筒形

19、厚度和圆筒形厚度e不能过大。不能过大。图图7-4 标准孔板标准孔板E=0.020.05D，e=0.0050.02D22 1)在各处测得的在各处测得的E值之间的最大差值和各处测得的值之间的最大差值和各处测得的e值之间的最大差值值之间的最大差值均不得超过均不得超过0.001D 2)孔板必须与管道轴线垂直安装，其偏差不超过孔板必须与管道轴线垂直安装，其偏差不超过1度度 3)若若E0.02D，则可以不做成，则可以不做成 的圆锥形出口，这样的孔板适的圆锥形出口，这样的孔板适用于测量双向流动的流体，但这时要求下游端面的标准粗糙度和边用于测量双向流动的流体，但这时要求下游端面的标准粗糙度和边缘尖锐度必须与上

20、游端面的相同；缘尖锐度必须与上游端面的相同； 004515角接取压角接取压法兰取压法兰取压径距取压径距取压12.mmd12.mmd50mmD100mm50mmD100mm0.20.750.20.75当当0.20.450.20.45时，时，ReReD D50005000当当0.40.4时，时，ReReD D1000010000标准孔板制造安装的其他要求标准孔板制造安装的其他要求4)孔板加工过程中，不得使孔板加工过程中，不得使用刮刀和砂布进行修刮和打用刮刀和砂布进行修刮和打磨。磨。标准孔板的适用范围如表所标准孔板的适用范围如表所示：示：231.2标准喷嘴标准喷嘴u标准喷嘴的形状如图标准喷嘴的形状如

21、图7-5所示。所示。u其型线由进口端面其型线由进口端面A、收缩部分第一圆弧面、收缩部分第一圆弧面C1、第二圆弧面、第二圆弧面C2、圆筒形喉部圆筒形喉部e和圆筒形出口边缘保护槽和圆筒形出口边缘保护槽H等五部分组成。等五部分组成。图图7-5 标准喷嘴标准喷嘴 （a）2/324圆筒形喉部长度为圆筒形喉部长度为0.3d，其直径就是节流件开孔直径，其直径就是节流件开孔直径d。d值值应是不少于应是不少于8个单测值的算术平均值，其中个单测值的算术平均值，其中4个在圆筒喉个在圆筒喉部的部的始端测得，另始端测得，另4个在其终端测得，并且是大致相距个在其终端测得，并且是大致相距45度的位度的位置上测得的。要求任何

22、一个单测值与平均值的差值不得超过置上测得的。要求任何一个单测值与平均值的差值不得超过0.05%。各段型线之间必须相切，不得有不光滑部分。各段型线之间必须相切，不得有不光滑部分。当当2/3时，由于此时时，由于此时1.5d已大于管道直径已大于管道直径D，必须将喷嘴上，必须将喷嘴上游端面切去一部分游端面切去一部分L，使上游进口部分最大值径与管道内，使上游进口部分最大值径与管道内径相等，以便夹持，应切去的长度为径相等，以便夹持，应切去的长度为: 喷嘴在管道上的安装要求与标准孔板的相同。喷嘴在管道上的安装要求与标准孔板的相同。dL)5225. 025. 075. 0(2 . 0212251.3角接取压装

23、置角接取压装置角接取压装置有角接取压装置有环室取压环室取压和和单单独孔取压独孔取压两种。分别如图两种。分别如图7-6上上半部和下半部所示。半部和下半部所示。环室取压的前、后环室装在节环室取压的前、后环室装在节流件两边，环室夹在法兰之间，流件两边，环室夹在法兰之间，法兰和环室、环室和节流件之法兰和环室、环室和节流件之间放有垫片并加紧。间放有垫片并加紧。节流件前后的压力是从前、后节流件前后的压力是从前、后环室和节流件前、后端面之间环室和节流件前、后端面之间所形成的连续环隙上取得的，所形成的连续环隙上取得的，为整个圆周上的平均值。为整个圆周上的平均值。图图7-6 环室取压和单独钻孔环室取压和单独钻孔

24、取压装置结构，取压装置结构，f2a;26单独钻孔取压可以钻在法兰单独钻孔取压可以钻在法兰上，也可以钻在法兰之间的上，也可以钻在法兰之间的夹紧环上。夹紧环上。取压孔在夹紧环内壁的出口取压孔在夹紧环内壁的出口边缘必须与夹紧环内壁平齐，边缘必须与夹紧环内壁平齐，并有不大于取压孔直径并有不大于取压孔直径1/10的倒角，无可见的毛刺和突的倒角，无可见的毛刺和突出部分。出部分。取压孔应为圆筒形，其轴线取压孔应为圆筒形，其轴线应尽可能与管道轴线垂直。应尽可能与管道轴线垂直。图图7-6 环室取压和单独钻孔环室取压和单独钻孔取压装置结构，取压装置结构，f2a;271.4 法兰取压装置法兰取压装置u法兰取压装置如

25、图法兰取压装置如图7-7所示，所示，孔板夹持在两块特制的法兰孔板夹持在两块特制的法兰中间，其间加两片垫片，厚中间，其间加两片垫片，厚度不超过度不超过1mm。u取压口只有一对，上游取压取压口只有一对，上游取压口中心线与节流件上游端面口中心线与节流件上游端面距离距离L1=25.4mm，下游取压，下游取压口中心线与节流件下游端面口中心线与节流件下游端面距离距离L2=25.4mm。图图7-7 法兰取压装置法兰取压装置28u当当0.6且且D0.6时为时为0.01D。 取压孔必须符合单独钻取压的全部要求，取压孔中取压孔必须符合单独钻取压的全部要求，取压孔中心线必须与管道中心线垂直。心线必须与管道中心线垂直

26、。302、标准、标准节流装置的管道条件节流装置的管道条件u节流装置的流量与差压之间的关系，不仅与节流件类型有节流装置的流量与差压之间的关系，不仅与节流件类型有关，而且与流体在节流件上下游流动情况有关。关，而且与流体在节流件上下游流动情况有关。u对于标准节流装置，要求在节流件前对于标准节流装置，要求在节流件前24D处的管道截面处的管道截面上已基本形成典型的紊流速度分布，节流件下游的阻力件上已基本形成典型的紊流速度分布，节流件下游的阻力件不影响流束的正常恢复。不影响流束的正常恢复。u因此对节流件前后的管道必须有明确的要求，此外还必须因此对节流件前后的管道必须有明确的要求，此外还必须确定所用管道内壁

27、粗糙度限值。确定所用管道内壁粗糙度限值。312.1节流件前后直管段要求节流件前后直管段要求 节流件上、下游第一阻力与节流件之间的直管段长度节流件上、下游第一阻力与节流件之间的直管段长度L1和和L2如图如图7-3所示，所示，L1和和L2取决于上下游第一阻力件的形式和取决于上下游第一阻力件的形式和所用节流件的所用节流件的值，如表值，如表7-2所列，表中所列数值为管道内径所列，表中所列数值为管道内径D的倍数。如果实际的的倍数。如果实际的L1和和L2中有一个括号内数值，或在中有一个括号内数值，或在括号内外的数值之间，则在计算流量测量不确定度时，在流括号内外的数值之间，则在计算流量测量不确定度时，在流出

28、系数的不确定度上要算术相加出系数的不确定度上要算术相加0.5%的附加偏差。的附加偏差。 凡实际装在节流件上游侧的阻力件形式没有包括在表凡实际装在节流件上游侧的阻力件形式没有包括在表7-2之之内，或要求的三段直管段有一个小于括号内的数值或有两个内，或要求的三段直管段有一个小于括号内的数值或有两个都在括号内外的数值之间，则应在实验室实际都在括号内外的数值之间，则应在实验室实际测定差压和流测定差压和流量之间的关系量之间的关系。32表表7-2 节流节流件上游侧的最小直管段长度件上游侧的最小直管段长度(续表见下页续表见下页)直径比直径比 节流件上游侧的局部阻力件形式和最小直管段长度节流件上游侧的局部阻力

29、件形式和最小直管段长度L1节流件节流件下游最下游最短直管短直管段长度段长度L2（包（包括在本括在本表中的表中的所有阻所有阻力件）力件）单个单个90度弯头或度弯头或三通（流三通（流体仅从一体仅从一个支管流个支管流出）出）在同一个在同一个平面上的平面上的两个或多两个或多个个90度弯度弯头头在不同平面在不同平面上的两个或上的两个或多个多个90度弯度弯头头渐缩管渐缩管（在（在1.5D3D的长度的长度内由内由2D变变为为D ）渐扩管渐扩管（在（在1D2D的长度的长度内由内由0.5D变为变为D ）球型球型阀全阀全开开全孔球全孔球阀或闸阀或闸阀全开阀全开0.210（6）14（7）34（17）516（8）18

30、（9）12（6）4（2）0.2510（6）14（7）34（17）516（8）18（9）12（6）4（2）0.3010（6）16（8）34（17）516（8）18（9）12（6）5（2.5）0.3512（6）16（8）36（18）516（8）18（9）12（6）5（2.5）0.4014（7）18（9）36（18）516（8）20（10）12（6）6（3）330.4514（7）18（9）38(19) 517(9)20(10)12(6)6(3)0.5014（7）20（10） 40(20) 6(5)18(9)22(11)12(6)6(3)0.5516（8）22(11)44(22) 8(5)20(10)

31、24(12)14(7)6(3)0.6018（9）25(13) 48(24) 9(5)22(11)26(13)14(7)7(3.5)0.6522（11） 32(16) 54(27) 11(6)25(13)28(14)16(8)7(3.5)0.7028（14） 36（18)62(31) 14(7）30(15)32(16)20(10)7(3.5)0.7536（18） 42（21） 70(35) 22(11)38(19)36(18)24(12)8(4)0.8046（23） 50（25） 80(40) 30(15)54(27)44(22)30(15)8(4)342.2 节流装置所用管道的条件节流装置所用

32、管道的条件 首先必须知道节流件前长度上的管道内壁绝对粗糙度首先必须知道节流件前长度上的管道内壁绝对粗糙度Ks，或粗糙度的相对值或粗糙度的相对值Ks/D。它们原则上应用实验方法确定。对。它们原则上应用实验方法确定。对于一般工业用管道，于一般工业用管道，Ks的数值经过大量实验得到，其值见表的数值经过大量实验得到，其值见表73，74。 节流件上游侧节流件上游侧10D以内管道内壁应没有肉眼可见的明显凹以内管道内壁应没有肉眼可见的明显凹凸，相对粗糙度应在附录表所给出的限值之内，必要时应对凸，相对粗糙度应在附录表所给出的限值之内，必要时应对此长度的管道内壁进行拉光，这样不但能满足粗糙度要求，此长度的管道内

33、壁进行拉光，这样不但能满足粗糙度要求，而且保证得到准确的管道内径而且保证得到准确的管道内径D值和满足管道圆度的要求。值和满足管道圆度的要求。35 0.30.320.340.360.380.400.450.500.60.752518.112.910.08.37.15.64.94.24.0 0.350.360.380.400.420.440.460.480.500.600.700.770.802518.613.510.68.77.56.76.15.64.54.03.93.9表表7-3 孔板上游侧管道相对粗糙度上限孔板上游侧管道相对粗糙度上限表表7-4 ISA1932喷嘴的管道相对粗糙度上限喷嘴的管

34、道相对粗糙度上限410sKD410sKD36二、标准节流装置的流量公式二、标准节流装置的流量公式 流量公式就是差压和流量之间的关系式。可通过流量公式就是差压和流量之间的关系式。可通过伯努利方程和流动连续性方程来推导。伯努利方程和流动连续性方程来推导。 但必须指出，要完全从理论上计算出差压和流量但必须指出，要完全从理论上计算出差压和流量之间的关系式目前是不可能的，因为关系式中的之间的关系式目前是不可能的，因为关系式中的各系数只能靠实验确定。各系数只能靠实验确定。372.1 流动情况和流量公式流动情况和流量公式 首先首先分析一下流体经节流件时的分析一下流体经节流件时的流动情况，图流动情况，图7-8

35、是流动情况的示是流动情况的示意图。意图。 截面截面1处流体未受节流件影响，流处流体未受节流件影响，流束充满管道，流束直径为束充满管道，流束直径为D，流，流体压力为体压力为 ，平均流速为，平均流速为 ，流，流体密度为体密度为 。截面。截面2是节流件后是节流件后流束收缩为最小的截面，对于孔流束收缩为最小的截面，对于孔板，它在流出孔板后的位置，对板，它在流出孔板后的位置，对于喷嘴，在一般情况下该截面的于喷嘴，在一般情况下该截面的位置在喷嘴的圆筒部分之内。此位置在喷嘴的圆筒部分之内。此处流束中心压力为处流束中心压力为 ，平均流速，平均流速为为 ，流体密度为，流体密度为 ，流束直径，流束直径为为 。 图

36、图7-8 流体流经孔板时的压力和流速变化流体流经孔板时的压力和流速变化 1p1v2v2pd1238 图中图中实线代表管壁处静压力实线代表管壁处静压力，点点划线代表管道中心处静压力划线代表管道中心处静压力。由。由于涡流区的存在，流体有能量损于涡流区的存在，流体有能量损失，因此，在流束充分恢复后，失，因此，在流束充分恢复后，静压力不能恢复到原来的数值，静压力不能恢复到原来的数值，而有一个压力降落，这压力降落而有一个压力降落，这压力降落就是流体流经节流件后的压力损就是流体流经节流件后的压力损失失图图7-8 流体流经孔板时的压力和流速变化流体流经孔板时的压力和流速变化 从图从图7-8中可知，当流速未受

37、节流件影响时，流动方向与管道中中可知，当流速未受节流件影响时，流动方向与管道中心线平行，在节流件前流体就向中心加速，在截面心线平行，在节流件前流体就向中心加速，在截面2处流束截面处流束截面收缩到最小，此处流束截面上各点的流动方向又完全与管道中心收缩到最小，此处流束截面上各点的流动方向又完全与管道中心线平行，此时流速最大、压力最低，然后流束向外扩散，流速降线平行，此时流速最大、压力最低，然后流束向外扩散，流速降低，静压升高，直到又恢复到流束充满管道内壁的情况。低，静压升高，直到又恢复到流束充满管道内壁的情况。39 设设流经水平管道的流体为不可压缩性流体，对截面流经水平管道的流体为不可压缩性流体，

38、对截面1和截面和截面2可写出伯努利方程：可写出伯努利方程： （7-3） 和写出流动的连续方程：和写出流动的连续方程： （7-4） 式中式中 C1、C2 截面截面1、2处流速不均匀，以平均流处流速不均匀，以平均流速代替中心流速计算动能时采用的修正系数。充分发速代替中心流速计算动能时采用的修正系数。充分发展的紊流，其值大于展的紊流，其值大于1，并随，并随Re的增大趋近于的增大趋近于1 。 节流件的阻力系数。节流件的阻力系数。2222222222221111vvCpvCp22212144vdvD40 把全部的流体可压缩性对流量系数的影响用一个把全部的流体可压缩性对流量系数的影响用一个流束膨胀系数流束

39、膨胀系数 来考虑，流量公式可写为：来考虑，流量公式可写为：2221122(75)44mqdpDp2221122(76)44VqdpDp(Kg/s)(m2/s)对不可压缩流体，取对不可压缩流体，取1 式中式中 为流量系数；方程中的流量系数为流量系数；方程中的流量系数 也可用流出系数也可用流出系数C（具体表达式（具体表达式P教材教材205） 412.2标准节流装置的流出系数标准节流装置的流出系数C值及其不确定度值及其不确定度 标准节流装置的流出系数标准节流装置的流出系数C值是通过在流量实验值是通过在流量实验台上测定台上测定 qm和与之相对应的和与之相对应的 ，然后用流量公，然后用流量公式计算得到。

40、式计算得到。 对于一定的形式的标准节流装置，其流量系数对于一定的形式的标准节流装置，其流量系数 和流出系数和流出系数C仅与节流件直径比仅与节流件直径比 和雷诺数有关，和雷诺数有关，当雷诺数大当雷诺数大 到一定程度后，到一定程度后， 和和C就与雷诺数无关就与雷诺数无关 ，趋于定值。趋于定值。p42标准孔板的标准孔板的C值及其不确定度值及其不确定度标准孔板标准孔板取得取得C值的原始实验，对于角接取压是在相对粗糙度值的原始实验，对于角接取压是在相对粗糙度为为 , 而对于径距取压则是在相对粗糙度为而对于径距取压则是在相对粗糙度为 管管道中进行的。道中进行的。但只要所使用的管道在节流件上游侧但只要所使用

41、的管道在节流件上游侧10D的长度内，粗糙度不超过的长度内，粗糙度不超过前节所列的限值，前节所列的限值，C值都是可用的。值都是可用的。 标准孔板的流出系数是由标准孔板的流出系数是由stolz方程给出的：方程给出的： （7-7） Re 雷诺数雷诺数 ，L1孔板上游端面到上游取压口的距离除孔板上游端面到上游取压口的距离除以管道内径得出的商，以管道内径得出的商， L2 孔板下游端面到下游取压口的孔板下游端面到下游取压口的距离除以管道内径得出的商。距离除以管道内径得出的商。4SKD10 104108 . 3/DKs75. 065 . 281 . 2)Re10(0029. 01840. 00312. 05

42、959. 0DC3214410337. 0)1 (0900. 0LL432.3 标准节流装置的流束膨胀系数标准节流装置的流束膨胀系数 及其不确定度及其不确定度 标准节流装置的形式确定后，其流束膨胀系数标准节流装置的形式确定后，其流束膨胀系数 决决定于定于 、 和和 。其中。其中 是被测流体的等熵指是被测流体的等熵指数。数。标准孔板标准孔板：若若 、 和和 是已知的且无误差，则标准孔板的百是已知的且无误差，则标准孔板的百分率不确定度（概率分率不确定度（概率95）为：）为：1pp411(0.410.35)pp%41pp1pp44 标准喷嘴标准喷嘴： 标准喷嘴的标准喷嘴的 值的百分率不确定度（置信概

43、率值的百分率不确定度（置信概率为为95%）：）： %21pp2/1/2144111/21)1 (11)1 (1)1()1(pppppppp452.4 标准节流装置的压力损失标准节流装置的压力损失 流体流经标准节流装置时，涡流产生必然造成压流体流经标准节流装置时，涡流产生必然造成压力的损失，其损失大小因节流件形式而异。孔板力的损失，其损失大小因节流件形式而异。孔板的压力损失要大于喷嘴的。的压力损失要大于喷嘴的。 值愈小，压力损失值愈小，压力损失愈大。标准规定孔板与喷嘴都可用下式近似的计愈大。标准规定孔板与喷嘴都可用下式近似的计算压力的损失：算压力的损失： 标准孔板可用下式近似计算：标准孔板可用下

44、式近似计算：1.91p424211CpC46三、标准节流装置的计算三、标准节流装置的计算常见的标准节流装置计算命题大致有以下两类：常见的标准节流装置计算命题大致有以下两类： (1) 已知管道内径、节流装置的开孔直径、节流已知管道内径、节流装置的开孔直径、节流形式、取压方式、被测流体参数等必要条件，形式、取压方式、被测流体参数等必要条件，要求根据所测得的压差值计算流量，这一般是要求根据所测得的压差值计算流量，这一般是试验工作中的命题。为了准确的求得流量的值，试验工作中的命题。为了准确的求得流量的值，需要较准确的测量当时的压差值和流体温度、需要较准确的测量当时的压差值和流体温度、压力等参数。压力等

45、参数。3.1 计算命题计算命题47（2）已知管道内径以及管路的布置情况，流体的）已知管道内径以及管路的布置情况，流体的性质和参数值，大致流量范围，要求设计标准性质和参数值，大致流量范围，要求设计标准节流装置流量测量系统，即要进行下列工作：节流装置流量测量系统，即要进行下列工作：选择节流件形式和确定节流件的开孔直径选择节流件形式和确定节流件的开孔直径选择压差计类型及其差压和流量量程的范围选择压差计类型及其差压和流量量程的范围建议节流件在管道上的布置位置建议节流件在管道上的布置位置必要时计算流量测量的不确定度。必要时计算流量测量的不确定度。483.2 原始资料和辅助计算公式原始资料和辅助计算公式u

46、任务书中应给出：被测流体的种类、参数（如温度和压力）、任务书中应给出：被测流体的种类、参数（如温度和压力）、密度、动力粘度；对可压缩流体，还应知道其等熵指数；管密度、动力粘度；对可压缩流体，还应知道其等熵指数；管道和节流件的线膨胀系数和管道的绝对粗糙度。道和节流件的线膨胀系数和管道的绝对粗糙度。 u计算时管道直径计算时管道直径D和节流件开孔直径和节流件开孔直径d 都应使用节流件工作都应使用节流件工作温度下的数值温度下的数值Dt和和dt，节流件直径比，节流件直径比 式中：式中： D20和和 d20是是20 下的管道内径和节流件开孔直径。下的管道内径和节流件开孔直径。应检查流量测量范围内的雷诺数是

47、否在所使用的节流件应检查流量测量范围内的雷诺数是否在所使用的节流件的使的使用范围内。管道雷诺数的计算公式为：用范围内。管道雷诺数的计算公式为：ttdD20120tDDDt20120tDddttmDDq4Re49 在标准节流装置计算时，由于流量公式中的未知在标准节流装置计算时，由于流量公式中的未知数不止一个，且未知数间有一定的关系，所以通数不止一个，且未知数间有一定的关系，所以通常情况下需用迭代求解，即将流量公式中的已知常情况下需用迭代求解，即将流量公式中的已知量重新组合在等号的一边，形成这一问题的量重新组合在等号的一边，形成这一问题的“不不变量变量”，将初始假设值引入等号另一边，依次迭，将初始

48、假设值引入等号另一边，依次迭代，逐步逼近。代，逐步逼近。503.3 计算流程计算流程（1）第一类命题）第一类命题A准备计算准备计算:求求B检查直管段长度和粗糙度是否符合要求检查直管段长度和粗糙度是否符合要求C迭代计算流量迭代计算流量qm（2）第二类命题）第二类命题A准备计算准备计算B选择节流件形式和差压计类型和量程选择节流件形式和差压计类型和量程C计算常用流量下的差压值计算常用流量下的差压值D迭代计算迭代计算E验算压力损失验算压力损失F确定确定d20和流束膨胀系数，粘度密度1,ttdD值值和d513.43.4标准节流装置测量结果的不确定度标准节流装置测量结果的不确定度 式中所有的不确定的置信概

49、率均为式中所有的不确定的置信概率均为95 。具体计算可参看书本具体计算可参看书本p213-2182/1212224224422)(41)(41)()12()()12()()(1pdDCqpdDCmqm52四、非标准节流件及其应用四、非标准节流件及其应用 所谓非标准节流件，就是实验数据较少，流量系数的误差还所谓非标准节流件，就是实验数据较少，流量系数的误差还相当大的尚未标准化的节流件。在某些特殊的情况下（例如相当大的尚未标准化的节流件。在某些特殊的情况下（例如管道直径小于管道直径小于50毫米，雷诺数很小等等），不适用标准节流毫米，雷诺数很小等等），不适用标准节流件，就只能选用非标准节流件或其它类型的流量计。件，就只能选用非标准节流件或其它类型的流量计。 例：两种用于电厂燃料油流量测量的非标准节流件。例：两种用于电厂燃料油流量测量的非标准节流件。 如下图如下图79所示，其中图（所示，其中图（a）为）为1/4圆弧孔板，图（圆弧孔板，图（b）为锥）为锥形入口孔板，都是同心孔板，与标准孔板相比，只是孔口廓形入口孔板，都是同心孔板，与标准孔板相比，只是孔口廓形不同，前者为形不同，前者为1/4圆弧，后者像一倒装的标准孔板，各部分圆弧，后者像一倒装的标准孔板，各部分尺寸如图中所示。尺寸如图中所示。53图79 圆弧入口孔板和锥形入口孔板 54五、节流变压降流量计的显示仪表五、节流变压降流