化工原理课件1 流体流动(精品).ppt

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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 kg/m3（SI制）制）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(Imcompressible Fluid)气体：气体：=f(

2、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气气体的体积为体的体积为22.4 m3，则其密度为则其密度为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/m3理想气体理想气体T，p下的密下的密度，度，kg/m3或或注：注：以上以上3式只适

3、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：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：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（标态下空气）的密度之比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

4、 1.1.2 压力（压强）压力（压强）(Pressure)Pressure)1.1.2.1 1.1.2.1 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。压力（小写）压力（小写）力（大写）力（大写）面积面积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1at1at（工程大气压）工程大气压）=1=1kgfkgf/cm/cm2 2 =9.807 =9.80710104 4 N/N/m m2 2(Pa

5、)(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 1 1atmatm=101300Pa=101.3kPa=0.1013MPa=101300Pa=101.3kPa=0.1013MPa =10330kgf/m=10330kgf/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

6、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1.1.2.2 1.1.2.2 压力的表示方法（压强的基准）压力的表示方法（压强的基准）压压强强的的大大小小常常以以两两种种不不同同的的基基准准来来表表示示：一一是是绝绝对对真真空空，所所测测得得的的压压强强称称为为绝绝对对压压强强；二二是是大大气气压压强强，所所测测得得的的压压强强称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

7、）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J/kg令令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）泵的泵的扬程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

8、流体为衡算基准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。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，如开工阶段，此时可根据某个流动的瞬间列出物

9、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，其是随是随压力的变化而变化的，在流体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（2 2）柏努利方程的应用）柏努利方程的应用 例例1 如如图图所所示示的的一一牛牛奶奶输输送送系系统统，牛牛奶奶用用泵泵由由真

10、真空空锅锅炉炉被被抽抽送送经经冷冷却却器器至至位位于于高高9m的的牛牛奶奶贮贮罐罐，真真空空锅锅炉炉内内的的真真空空度度为为660mmHg，贮贮罐罐通通大大气气，牛牛奶奶输输送送量量为为4.35t/h，整整个个管管路路的的阻阻力力损损失失为为20J/kg，冷冷却却器器的的压压力力损损失失为为0.4kgf/cm2，牛牛奶奶的的比比重重可可近近似似取取为为1，计计算算泵泵的的有有效效功功率率，若若泵泵的的效效率率为为0.6，计计算算泵泵的的实实际际输输入入功功率率（轴轴功率）。功率）。11229m1.5m00572.5mm 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

11、基本方程方法：方法：（1）选取基准面；）选取基准面；（2）确确定定上上下下游游截截面面，即即衡衡算算范范围围；（选选择择已已知知条条件件最最多多、或或待待求求量量在在选选取取的的截截面面上上或或在在选选取取的的截截面面内内，所所取取截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 水水以以60m3/h的的流流量量在在一一倾倾斜斜 管管 中中 流流 过过，此此 管管 的的 内内 径径 由由100mm突突然然扩扩大大到到200mm，见见附附

12、图图。A、B两两点点的的垂垂直直距距离离为为0.2m。在在此此两两点点间间连连接接一一U形形压压差差计计，指指示示液液为为四四氯氯化化碳碳，其其密密度度为为1630kg/m3。若若忽忽略略阻阻力力损损失失，试试求求：（1）U形形管管两两侧侧的的指指示示液液液液面哪侧高，相差多少面哪侧高，相差多少mm？（2）若若将将上上述述扩扩大大管管道道改改为为水水平平放放置置，压压差差计计的的读读数数有有何何变变化？化？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 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。

13、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：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

14、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，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

15、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=0B u=0B uA u=0 x y（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 牛牛顿顿粘粘性性定定律律适适用用于于牛牛顿顿型型流流体体（Newtonian fluids），即即速速度度梯梯度度与与剪剪应应

16、力力成成线线性性关关系系；不不符符合合牛牛顿顿粘粘性性定定律律的的流流体体称为称为非牛顿型流体非牛顿型流体（Non-newtonian fluids）。）。动动力力粘粘度度(Viscosity)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SI制制记：记：cgs制制工程制工程制 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

17、实验雷诺实验图（图（a a）层流层流图（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）流型的判据层流（层流（Laminar Flow）：）：Re 4000；2000 Re 1000）常常认认为为三三通通局局部部阻阻力力相相对对于于直直管管沿沿程程阻阻力力而而言言很很小小可可以以忽忽略略，跨跨过过O点点进进行行计算。计算。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ABC分支管路示意图分支管路示意图O 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

18、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处的总机械能为定值进行分析。定值进行分析。l1d1u11l2d2u22l3d3u33BCAO汇合管路汇合管路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 如如下下图图所所示示，高高位位水水箱箱下下面面接接一一32mm2.5mm的的水水管管，将将水水引引向向一一楼楼某某车车间间，其其中中，ABC段段短短管管长长为为15m。假假设设摩摩擦擦因因数数约约为为0.025，球球心心阀阀全全开开及及半半开开时时的的阻阻

19、力力系系数数分分别别为为6.4和和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）当当球球心心阀阀全全开开时时，一一楼楼水水管内水的流量为多少？管内水的流量为多少？（2）今今若若在在C处处接接一一相相同同直直径径的的管管子子（如如图图中中虚虚线线所所示示），也也装装有有同同样样的的球球心心阀阀且且全全开开，以以便便将将水水引引向向离离底底层层3m处处的的二二楼楼。计计算算当当一一楼楼水水管管上上阀阀门门全全开开或或半半开开时时，一一、二二楼楼水水管管及及总总管管内内水水的的流流量量各各为为多多少少？1 流体流动流

20、体流动流体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VsV

21、s2AOQB 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）对支管对支管1（O1Q）对支管对支管2（O2Q）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：如在图中由如在图中由A截面到截面到B截面列柏努截面列柏努利方程，方程中总阻力为利方程，方程中总阻力为 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如果果并并联联管管路路中中有有n个个支支路路，

22、用用角角码码i表表示示任任一一分分支支路路，则则阻阻力损失可以写作：力损失可以写作：(li包包括括局局部部阻阻力力的的当当量量长长度度)流体在各支管中的流量是如何分配呢？流体在各支管中的流量是如何分配呢？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:在在设设计计计计算算分分支支管管路路所所需需的的能能量量时时，为为了了保保证证将将流流体体输输送送至至需需用用能能量量最最大大的的支支管管，就就需需要要按按照照耗耗用用能能量量最最大大的的那那支支管管路路计计算算。通通常常是是由由最最远远的的支支管管开开始始，由由远远及及近近，

23、依依次次进进行行各各支支管管的的计计算算。如如在在按按已已知知的的流流量量和和管管路路计计算算出出的的能能量量不不等等时时，应应取取能能量量最最大大的的为为依依据据。这这样样确确定定的的能能量量对对需需要要能能量量较较小小的的支支路路而而言言太太大大，此此时时可可通通过过该该支支路路上上的的阀阀门门进进行行调调节，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。在在计计算算管管路路的的总总阻阻力力时时，如如果果管管路路上上有有并并联联管管段段存存在在，则则总总阻阻力力损损失失应应为为主主管管部部分分与与并并联联部部分分的的阻阻力力损损失失和和。在在计计算算并并联联管管段段的的阻阻力力时

24、时，只只需需考考虑虑其其中中任任一一管管段段的的阻阻力力即即可可，绝绝不不能能将将并并联联的的各各段段阻阻力力全全部部加加在在一一起起作作为为并并联联管管段段的的阻力。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ABRur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1 流体流动流体流动流速和流量测量流速和流量

25、测量（2）平均速度平均速度 u 的测定的测定 测测速速管管所所测测的的是是管管道道截截面面上上某某一一点点的的轴轴向向速速度度ur。若若要要测测定定截截面面上上的的平平均均速速度度，应应测测定定管管中中心心至至管管壁壁若若干干点点的的速速度度，然然后后用用积积分分法法求求其其平平均均值值。若若已已知知管管截截面面上上的的速速度度分分布布规规律律，也也可可根根据据管管中中心心的的速速度度与与平平均均速速度度的的关关系系求求出出平平均均速速度度。u/uc与与管管内内Re的的大大小小有有关关，如如图图1-38所所示示。若若要要求求平平均均速速度度，可可将将皮皮托托管管放放在在管管道道中中心心线线上上

26、（r=0），测测出出最最大大流流速速uc，求求出出Remax=duc/，查查图图1-38，求求出出u/uc再再求求出出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

27、点 优优点点：误误差差小小，与与实实际际值值的的误误差差一一般般可可在在1%以以内内；阻阻力力小，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。缺缺点点：不不能能直直接接测测出出平平均均速速度度，压压差差读读数数小小，常常要要放放大大才读得准确。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 在在管管道道内内插插入入一一片片与与管管轴轴线线垂垂直直且且中中央央开开圆圆孔孔的的金金属属板板，就就构构成成了了孔孔板板流流量量计计，如如图图所所示示。注注：板板上上的的孔孔要要精精细细加加工工，安安装装时时从从

28、前前到到后后逐逐渐渐扩扩大大，孔孔的的中中心心位位于于管管道道中中心心线线上上，其其侧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 流流体体通通过过孔孔板板后后，流流速速可可回回到到原原来来的的值值，即即流流经经孔孔板板前前后后流流速速不不变变，但但静静压压却却没没有有恢恢复复到到孔孔板板前前（截截面面1处处）的的数数值值，流流体体在在流流经经孔孔板板克克服服流流动动阻阻力力和和孔孔板板的的局局部部阻阻力力所所产产生生的的压压降降无无法法复复原原，这这部部分分压压降降称为称为永久压力降永久压力降。u0

29、1102233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 孔孔板板流流量量计计正正是是利利用用流流体体通通过过孔孔板板时时流流股股截截面面变变化化引引起起动动能能与与静静压压能能的的转转化化，由由测测量量静静压压能能的的变变化化来来确确定定流流量量。那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？主要有两种方法。角角接接法法：测测压压口口在在孔孔板板两两侧侧，尽尽可可能能接接近近孔孔板板，通通常常在在法兰上。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

30、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：1 流体流动流体流动流速和流量测量流速和流量测量 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孔流孔流系数系数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：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 C0与哪些因素有关？与哪些因素有关？C0主主要要取取

31、决决于于管管道道流流动动的的Re1和和面面积积比比m、测测压压方方式式、孔孔口口形形状状、加加工工光光洁洁度度、孔孔板板厚厚度度和和管管壁壁粗粗糙糙度度也也对对C0有有影影响响。对对以以上上情情况况都都规规定定的的标标准准孔孔板板，C0=f(Re1,m)，其其关系由实验测定。关系由实验测定。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在图图中中Re极极限限允允许许线线右右端端，C0不不再再随随Re1而而变变，成成为为一一个个仅仅决决定定于于m的的常常数数。选选用用孔孔板板流

32、流量量计计时时应应尽尽量量使使常常用用流流量量时时的的Re1数数在在该该范范围围内内，此此时时VSR0.5。由由图图查查出出C0代入代入VS计算式求计算式求VS。若若C0与与VS即即与与Re1有有关关，必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 孔孔板板流流量量计计安安装装时时，在在上上游游和和下下游游必必须须分分别别有有（1540）d和和5d的直管距离。的直管距离。孔孔板板流流量量计计的的缺缺点点是是阻阻力力损损失失大大。这这一一阻阻力力损损失失是是由由于于流流体体与与孔孔板板的的摩摩擦擦

33、阻阻力力，尤尤其其是是缩缩脉脉后后流流道道突突然然扩扩大大形形成成大量旋涡造成的。大量旋涡造成的。pf,0可写成可写成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。选选用用孔孔板板的的中中心心问问题题是是选选择择适适当当面面积积比比m，兼兼顾顾适适宜宜读读数数和和pf,0。1 流体流动流体流动流速和流量测量流速和流量测量1.6.3 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

34、，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 文文丘丘里里管管收收缩缩角角通通常常为为15o25o，扩扩大大角角一一般般为为5o7o。由由于于它它的的渐渐缩缩渐渐扩扩结结构构使使流流体体流流速速改改变变时时

35、不不形形成成旋旋涡涡,故故阻阻力力小小，永永久久压压力力降降仅仅占占压压差差读读数数的的10%左左右右。将将孔孔板板流流量量计计的的流流量量计计算算式式中中Co改改为为文文丘丘里里管管的的流流量量系系数数CV，即即可可用用于于文文丘丘里管的流量计算：里管的流量计算：式式中中CV为为文文丘丘里里管管的的流流量量系系数数，CV约约为为0.980.99；Ao为为文文丘丘里管喉部面积，里管喉部面积，m2；uo为喉孔流速，为喉孔流速，m/s。由由于于阻阻力力损损失失小小，相相同同压压差差读读数数下下文文丘丘里里管管的的流流量量比比孔孔板板大大，它它对对测测量量含含有有固固体体颗颗粒粒的的液液体体也也较较

36、孔孔板板合合用用。其其缺缺点点是是加加工工较较难难、精精度度要要求求高高，因因而而造造价价高高，安安装装时时需需占占去去一一定定管长位置。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 孔孔板板流流量量计计和和文文丘丘里里流流量量计计均均是是恒恒截截面面变变压压差差（变变阻阻力力）流流量量计计。变变阻阻力力流流量量计计是是人人为为设设置置一一阻阻力力构构件件（如如孔孔板板），造造成成局局部部阻阻力力（压压降降），利利用用能能量量守守恒恒原原理理及及连连续续性性方方程程关关联联此此压压降降与与流流速速乃乃至至流流量量的的关关系系。下下面面介介绍绍另另一一种种恒压差变截面恒压差变截面的

37、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 流体流动流体流动流速和流量测量流速和流量测量1100p0转子流量计转子流量计如右图所示，当转子处于平衡位置如右图所示，当转子处于平衡位置时，流体作用于转子的力应达到平时，流体作用于转子的力应达到平衡衡,即即在在1-1与与0-0截面间列机械能恒算式得截面间列机械能恒算式得浮力浮力升力升力净重力净重力1 流体流动流体流动

38、流速和流量测量流速和流量测量u0A0=u1A1考虑到转子的形状不是圆柱体且存在阻力损失，引入校正系考虑到转子的形状不是圆柱体且存在阻力损失，引入校正系数，并与前面的系数合并为系数数，并与前面的系数合并为系数CR（流量系数），上式变为流量系数），上式变为流量流量1 流体流动流体流动流速和流量测量流速和流量测量 式中式中CR与那些因素有关呢？与那些因素有关呢？CR与转子形状、流动阻力即与转子形状、流动阻力即环隙雷诺数环隙雷诺数Re0=du0/有关。有关。转子的形状有不同，在读数时，应读转子的哪个位置呢转子的形状有不同，在读数时，应读转子的哪个位置呢？最大截面处最大截面处。流量流量1 流体流动流体流

39、动流速和流量测量流速和流量测量（2 2）转子流量计的特点）转子流量计的特点恒压差、变截面（恒流速）恒压差、变截面（恒流速）因因Vf、Af、f、g一定，一定，p1p0一定，一定，恒压差恒压差成立。但流成立。但流量量Vs不不同时，转子停留位置改变（同时，转子停留位置改变（变截面变截面），环隙面积改），环隙面积改变（因为是锥形玻璃管），若变（因为是锥形玻璃管），若Vs，环隙面积环隙面积，环隙流速，环隙流速u0基本不变（基本不变（恒流速恒流速）。）。转子流量计恒压差、变截面（恒流转子流量计恒压差、变截面（恒流速）的这一特点导致的后果是速）的这一特点导致的后果是即转子流量计的永久阻力损失不随流量而变，因

40、而即转子流量计的永久阻力损失不随流量而变，因而转子流转子流量计常用于测量流量范围变化较宽的场合量计常用于测量流量范围变化较宽的场合。1 流体流动流体流动流速和流量测量流速和流量测量（3 3）转子流量计的刻度换算）转子流量计的刻度换算 转子流量计在出厂前，不是提供流量系数转子流量计在出厂前，不是提供流量系数CR而是直接用而是直接用20 的水（测量液体的转子流量计）或的水（测量液体的转子流量计）或20、1atm的空气的空气（测量气体的转子流量计）进行标定，将流量值刻于玻璃管（测量气体的转子流量计）进行标定，将流量值刻于玻璃管上。实际使用时，若被测流体与上述条件不符时，应做刻度上。实际使用时，若被测流体与上述条件不符时，应做刻度换算。如何进行换算呢？换算。如何进行换算呢？思考题：转子思考题：转子Vf、Af不变，不变，f 变，刻度如何换算？变，刻度如何换算？（4 4）转子流量计的安装）转子流量计的安装应严格垂直安装应严格垂直安装