流体密度中科大

流体密度中科大第一页，共六十页，编辑于2023年，星期日Chapter9MeasurementsofDensityandTemperatureinFluidFlow§9.1Measurementsofdensityinincompressiblefluid§9.2Measurementsofdensityfieldincompressiblefluid§9.3Quantitymeasurementsofdensityfield§9.4MeasurementsoftemperatureinfluidUSTC第二页，共六十页，编辑于2023年，星期日§9.1不可压缩流体密度测量密度计、称量法（液体）间接测量（气体）USTC如果气体不满足上述状态方程，什么办？（比如过热蒸汽）第三页，共六十页，编辑于2023年，星期日§9.1不可压缩流体密度测量测量物体密度的方法测量物体密度的方法多种多样，大致可归纳出以下几种测量方法:

测固体密度测液体密度测气体密度USTC第四页，共六十页，编辑于2023年，星期日一、测固体密度

1称量法：

器材：天平、量筒、水、金属块、细绳

步骤：（1）用天平称出金属块的质量m；（2）往量筒中注入适量水，读出体积为V1；（3）用细绳系住金属块放入量筒中，浸没，读出体积为V2。计算表达式：ρ=m/(V2-V1)

2比重杯法：

器材：烧杯、水、金属块、天平

步骤：（1）往烧杯装满水，放在天平上称出质量为m1；（2）将金属块轻轻放入水中，溢出部分水，再将烧杯放在天平上称出质量为m2;（3）将金属块取出，把烧杯放在天平上称出烧杯和剩下水的质量m3。

计算表达式：ρ=ρ水(m2-m3)/(m1-m3)

3阿基米德定律法：

器材：弹簧秤、金属块、水、细绳

步骤：（1）用细绳系住金属块，用弹簧秤称出金属块的重力G；（2）将金属块完全浸入水中，用弹簧秤称出金属块在水中的视重G*。

计算表达式：ρ=Gρ水/(G-G*)

USTC第五页，共六十页，编辑于2023年，星期日4浮力法(一)：

器材：木块、水、细针、量筒

步骤：（1）往量筒中注入适量水，读出体积为V1；（2）将木块放入水中，漂浮，静止后读出体积V2；（3）用细针插入木块，将木块完全浸入水中，读出体积为V3。计算表达式：ρ=ρ水(V2-V1)/(V3-V1)5浮力法（二）：

器材：刻度尺、圆筒杯、水、小塑料杯、小石块

步骤：（1）在圆筒杯内放入适量水，再将塑料杯杯口朝上轻轻放入，让其漂浮，用刻度尺测出杯中水的高度h1;（2）将小石块轻轻放入杯中，漂浮，用刻度尺测出水的高度

h2;（3）将小石块从杯中取出，放入水中，下沉，用刻度尺测出水的高度h3。计算表达式：ρ=ρ水(h2-h1)/(h3-h1)6密度计法：

器材：鸡蛋、密度计、水、盐、玻璃杯

步骤：（1）在玻璃杯中倒入适量水，将鸡蛋轻轻放入，鸡蛋下沉；（2）往水中逐渐加盐，边加边用密度计搅拌，直至鸡蛋漂浮，用密度计测出盐水的密度即等到于鸡蛋的密度。USTC第六页，共六十页，编辑于2023年，星期日一、测液体密度

1称量法：

器材：烧杯、量筒、天平、待测液体

步骤：（1）用天平称出烧杯的质量m1；

（2）将待测液体倒入烧杯中，测出总质量m2；（3）将烧杯中的液体倒入量筒中，测出体积V。

计算表达：ρ=(m2-m1)/V

2比重杯法:

器材：烧杯、水、待液体、天平

步骤：（1）用天平称出烧杯的质量m1；

（2）往烧杯内倒满水，称出总质量m2；

（3）倒去烧杯中的水，往烧杯中倒满待测液体，称出总质量m3。计算表达：ρ=ρ水(m3-m1)/(m2-m1)USTC第七页，共六十页，编辑于2023年，星期日3阿基米德定律法：

器材：弹簧秤、水、待测液体、小石块、细绳子

步骤：（1）用细绳系住小石块，用弹簧秤称出小石块的重力G；

（2）将小块浸没入水中，用弹簧秤称出小石的视重G1；

（3）将小块浸没入待测液体中，用弹簧秤称出小石块的视重G2。

计算表达：ρ=ρ水(G-G2)/(G-G1)4U形管法：

器材：U形管、水、待测液体、刻度尺

步骤：（1）将适量水倒入U形管中；

（2）将待测液体从U形管的一个管口沿壁缓慢注入。

（3）用刻度尺测出管中水的高度h1,待测液体的高度h2。

计算表达:ρ=ρ水h1/h2

(注意:用此种方法的条件是:待测液体不溶于水,待测液体的密度小于水的密度)

5密度计法：

器材：密度计、待测液体

方法：将密度计放入待测液体中，直接读出密度。USTC第八页，共六十页，编辑于2023年，星期日PY-05十支组石油标准密度计USTC序号测量范围g/ml分度值g/ml温度℃全长mm读数10.600-0.6500.000520330±10下缘20.650-0.7000.000520330±10下缘30.700-0.7500.000520330±10下缘40.750-0.8000.000520330±10下缘50.800-0.8500.000520330±10下缘60.850-0.9000.000520330±10下缘70.900-0.9500.000520330±10下缘80.950-1.0000.000520330±10下缘91.000-1.0500.000520330±10下缘101.050-1.1000.000520330±10下缘第九页，共六十页，编辑于2023年，星期日

KEM生产的DA系列密度计是利用U型管振荡原理，通过测量样品的共振频率来测定各种液体样品的密度。广泛应用于原油及石油产品、化工产品、酒类及软饮料、食品、食用油、医药产品、电子产品及半导体等行业。USTCDA系列密度计第十页，共六十页，编辑于2023年，星期日USTCDA-100DA-130/130/N测定范围0~3g/cm³(内置式温度控制)0~2g/cm³(内置式温度控制)测量精度±10-3g/cm3±10-3g/cm3温度范围15~40℃0~40℃温度精度±0.5℃±0.1℃温度补偿无有白度显示无无主要特点内置温控器，测量稳定快捷，测量单元拥有高精度热传感器，功能齐全，通过转换可得到浓度。取样容积和速度完全手工控制，携带轻便，操作简单，粘度高达2000mPa.s的粘液均可被采样，可测量密度，温度补偿密度，比重，温度补偿比重，Brix%，酒精浓度，硫酸浓度，API度，Baume度，Plato和Proof度等。第十一页，共六十页，编辑于2023年，星期日USTCDA-520DA-510DA-505DA-500测定范围0~3g/cm³0~3g/cm³0~3g/cm³0~3g/cm³测量精度±2×10-5g/cm3

±2×10-5g/cm3±5×10-5g/cm3±10-4g/cm3重现性(SD)5×10-6g/cm35×10-6g/cm31×10-5g/cm35×10-5g/cm3温度范围4~70℃4~70℃4~90℃4~90℃温度精度±0.02℃±0.02℃±0.03℃±0.05℃粘度补偿有-有-温度补偿有有有有白度显示有有有有自动粘度修正功能（DA-520、DA-505N），PC卡扩展内存，标准RS-232C接口，大液晶显示屏：240×64液晶，带背光，内置清洗泵和温控，Brix浓度，酒精浓度转化和原油产品转化表，可与折光仪联机，可同时获得密度和折光率，SOFT-CAPE采集软件，MS-EXCEL和CSV格式。第十二页，共六十页，编辑于2023年，星期日

DMA4500密度计主要特点

﹡

采用内置帕尔贴恒温装置；

﹡

样品可以通过全自动进样器SP3M或SH3实现自动进样或自动清洗；

﹡

每次测量仅需5ml左右的样品；

﹡

同时可测量密度及折光指数；

﹡DMA4500密度计示屏上可同时显示密度及折光两个参数，并可贮存或通过打印机打印出来；

﹡

仪器通过自动进样器可实现全自动进样，清洗及吹干；

﹡

仪器设计紧凑，几乎无需维修保养。USTC第十三页，共六十页，编辑于2023年，星期日技术参数

测量范围：0－3g/cm3

准确度：5x10-5g/cm3

重复性/精度：1x10-5g/cm3温度准确度：0.03℃

测量时间：1分钟15-30秒仪器介绍奥地利Anton

Paar（安东帕）公司于1968年发明首创的振荡管原理的数字式密度计，可快速准确的测量液体密度以及与密度相关的浓度，广泛应用于石化，制药，日化，商检，及饮料等领域。并且新型产品可与电脑打印机及折光仪联机，实现更为全面及强大的功能应用。广泛应用于全球各大啤酒、饮料、化工及石化行业的生产线上。USTC第十四页，共六十页，编辑于2023年，星期日数字式密度计DMA4500

技术参数

测量范围:0-3g/cm3

准确度：密度5x10-5g/cm3；温度0.03℃

重现性sd.密度1x10-5g/cm3；温度0.01℃

温度范围:0℃-90℃，可根据要求提供更大控温范围

压力范围:0-10bars(0to150psi)

最少样品量：Approx.1ml

样品接触材质:PTFE,borosilicateglass

通常样品测量时间:Approx.30seconds；使用自动进样器:10-30perhourUSTC第十五页，共六十页，编辑于2023年，星期日主要特点内置参考测量池（专利技术）

可避免系统漂移并缩短测量时间，在0－90℃温度范围只需进行一次校正内置恒温及温度感应器

无需外接控温装置，其内置温度感应器可校正并溯源到多个国际标准全范围粘度自动修正

无需配置粘度标准，测试结果可同时显示修正值及非修正值USTC第十六页，共六十页，编辑于2023年，星期日数字式密度计型号有：

DMA35N便携式密度计-

-

适用于电池工业，石化，日化等；

DMA38--

适用于石油化工，制药等；

DMA4500/RXA170全自动密度计折光率仪--适用于香精香料，日化，烟草；

DMA4500--

适用于石油，化工，饮料，日用化工等；

DMA5000--

适用于啤酒，血液研究，核工业等；

DMA5000--适用于啤酒，血液研究，核工业等；密度/折光联用仪型号有：

DMA4500/RXA156，DMA4500/RXA170--适用于香精香料、烟草、航空燃油等；运动粘度/密度计型号：

SVM3000--适用于石油、化工及高分子等行业；落球式粘度计型号：

AMVn--适用于油墨、液晶、麦芽等行业；在线密度/浓度计型号：

DPRn/SPRn/DSRn--适用于饮料、啤酒、化工等行业；USTC第十七页，共六十页，编辑于2023年，星期日H-BD5DS1741手持式液体密度计测试范围：0-3.00000g/cc;

准确度：±1%R;

重复精度：±0.1%R;

介质最高温度:<120℃

DS1741采用平面纵波行波声阻抗率测试技术测试密度。密度与声阻抗成正比。适用于所有牛顿流体和大部分非牛顿流体。USTC第十八页，共六十页，编辑于2023年，星期日U型管振荡原理

AlongverticalU-tubeofconstantcross-sectionalareaAhasbothendsopentotheatmosphereandcontainsliquidofdensity.Theliquidfillseachlegtoaheighth.Iftheliquidisgivenasmalldisplacementandreleased,whatistheformoftheequationfortheperiodoftheresultingoscillatorymotion?Neglectfriction.

USTCllh第一种方法：量纲分析法分析：重力是引起液体柱振荡的恢复力。液柱振荡的周期T依赖于重力加速度g和液柱的质量。（1）写出决定现象的物理量和量纲（SI制）（2）写出量纲矩阵第十九页，共六十页，编辑于2023年，星期日USTC（3）确定重复变量并检查子行列式（线性无关）选择，g,h（4）求相似参数第二十页，共六十页，编辑于2023年，星期日USTCllh第二种方法：振动分析分析：重力是引起液体柱振荡的恢复力。液柱振荡的频率

,液柱的质量m。第三种方法：非定常伯努利方程……….OscillatingU-tubeprinciple:

TheoscillatingU-tubedensitymeterisbasedontheprincipleofaU-tubewhichhasaresonantfrequencythatisinverselyproportionaltothesquarerootofitsmass.Thevolumeofthetubeisgiven;thedensityoftheliquidsamplefilledintotheU-tubeiscalculatedfromitsresonantfrequency.?第二十一页，共六十页，编辑于2023年，星期日§9.2可压缩流体密度场测量1密度和折射率关系2光线通过折射率场时发生弯曲3阴影仪4纹影仪USTC第二十二页，共六十页，编辑于2023年，星期日§9.2可压缩流体密度场测量1密度和折射率关系光线透过不均匀的折射率场时，一般会发生以下两种类型的变化：

(1)光线传播偏离原来的方向；

(2)扰动光线相对未扰动光线发生位相差。USTC第二十三页，共六十页，编辑于2023年，星期日§9.2可压缩流体密度场测量1密度和折射率关系

USTC这个公式如何得到的？适用范围？第二十四页，共六十页，编辑于2023年，星期日§9.2可压缩流体密度场测量1密度和折射率关系

Glasdtone-Dale公式只适用于中低温气体。对混合气体USTC第二十五页，共六十页，编辑于2023年，星期日§9.2可压缩流体密度场测量2光线通过折射率场时发生弯曲

USTC121212第二十六页，共六十页，编辑于2023年，星期日USTCXYABCDdREdsdRO(ds)密度增大方向rarb第二十七页，共六十页，编辑于2023年，星期日USTC光束ra的光速为C，光束rb的光速为C+dC。dt时间内光束ra走了dS距离，光束rb比光束ra多走了(dS)

距离。第二十八页，共六十页，编辑于2023年，星期日§9.2可压缩流体密度场测量2光线通过折射率场时发生弯曲光线在变密度场中传播时将发生弯曲，光线向密度增加的方向偏转。

光线弯曲的曲率1/R正比于沿光线传播路径法线方向的密度变化d/dR。

USTC第二十九页，共六十页，编辑于2023年，星期日§9.2可压缩流体密度场测量2光线通过折射率场时发生弯曲

USTCQ*Q入射光线未扰动光线扰动光线第三十页，共六十页，编辑于2023年，星期日§9.2可压缩流体密度场测量USTCQ*Qablxy第三十一页，共六十页，编辑于2023年，星期日§9.2可压缩流体密度场测量USTC3阴影仪（Shadowngraphy）lxyL第三十二页，共六十页，编辑于2023年，星期日§9.2可压缩流体密度场测量USTC3阴影仪（Shadowngraphy）dxLxL(x+’x)dyLyL(y+’y)第三十三页，共六十页，编辑于2023年，星期日§9.2可压缩流体密度场测量USTC3阴影仪（Shadowngraphy）阴影仪显示了密度的二阶导数。第三十四页，共六十页，编辑于2023年，星期日USTC阴影图第三十五页，共六十页，编辑于2023年，星期日USTC阴影图第三十六页，共六十页，编辑于2023年，星期日§9.2可压缩流体密度场测量USTC3纹影仪（Schlieren）M1M2KPhL2L1Sf2第三十七页，共六十页，编辑于2023年，星期日§9.2可压缩流体密度场测量USTC3纹影仪（Schlieren）yf2K第三十八页，共六十页，编辑于2023年，星期日§9.2可压缩流体密度场测量USTC3纹影仪（Schlieren）hh第三十九页，共六十页，编辑于2023年，星期日§9.2可压缩流体密度场测量USTC3纹影仪（Schlieren）纹影仪显示了垂直于刀口方向的密度一阶导数。第四十页，共六十页，编辑于2023年，星期日§9.2可压缩流体密度场测量USTC3纹影仪（Schlieren）第四十一页，共六十页，编辑于2023年，星期日3纹影仪（Schlieren）MUSTC§9.2可压缩流体密度场测量箭头表示密度增大方向第四十二页，共六十页，编辑于2023年，星期日第四十三页，共六十页，编辑于2023年，星期日第四十四页，共六十页，编辑于2023年，星期日第四十五页，共六十页，编辑于2023年，星期日第四十六页，共六十页，编辑于2023年，星期日§9.3密度场定量测量USTCMach-Zeder干涉仪相干条件

（1）频率相同、偏振方向相同、有固定的位相差的两光波。（2）两光波在相遇点振幅相差不大。（3）两光波在相遇点光程差不太大。第四十七页，共六十页，编辑于2023年，星期日USTCMach-Zeder干涉仪M1M2M4M3补偿室试验光束参考光束试验段第四十八页，共六十页，编辑于2023年，星期日USTC§9.3密度场定量测量干涉仪（Mach-ZenderInterferometrer

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