第一章-流体流动讲-解.ppt

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1、1.7 流量测量流量测量 化化工工生生产产过过程程常常需需测测量量输输送送管管道道中中流流体体的的流流速速和和流流量量，目目前前测测量量装装置置多多种种多多样样，且且可可达达到到自自动动显显示示、记记录录、调调节节和和控控制制，本本节节介介绍绍几几种种根根据据流流体体流流动动时时各各种种机机械械能能相相互互转转换换关关系系而而设设计计的几种流速计和流量计。这类装置分为两类：的几种流速计和流量计。这类装置分为两类：截截面面流流量量计计：是是将将流流体体的的流流量量变变化化以以节节流流口口截截面面变变化化的的形形式表示出来，其压差、流速不变，即式表示出来，其压差、流速不变，即恒压差变截面恒压差变截

2、面。差差压压流流量量计计：是是将将流流体体的的动动能能变变化化以以压压差差变变化化的的形形式式表表示示出来，其节流口截面不变，即出来，其节流口截面不变，即恒截面变压差恒截面变压差；两类装置遵循的基本原理一致。两类装置遵循的基本原理一致。1.7.1 测速管测速管 1.1.构造构造 测测 速速 管管 又又 称称 皮皮 托托 管管(Pitot(Pitot tube)tube)，用用来来测测定定管管中中流流体体的的点点速速度度。它它由由两两根根同同心心套套管管组组成成，内内管管前前端端敞敞开开，外外管管前前端端封封死死，但但在在其其前前端端外外壁壁壁壁面面开开有有若若干干测测压压小小孔孔。为为防防止止

3、边边界界层层分分离离，减减少少涡涡流流影影响响，测测速速管管前前端端制制成成半半球球形形，内内外外管管末末端端分分别别与与液液柱柱压压差差计计相相连连。测测量量时时将将测测速速管管内内管管口口正正对对管管中中流流体体流流动动方方向向，将将其其固固定定在在管路中，如图所示。管路中，如图所示。2.测量原理测量原理 内内管管:测测得得的的是是静静压压能能p/p/和和动动能能u ur r2 2/2/2之之和和，称为冲压能，即：称为冲压能，即：RAB故压差计读数值反映冲压能与静压能之差，即：故压差计读数值反映冲压能与静压能之差，即：外管外管:测压小孔与流体流动方向平行，所以测得测压小孔与流体流动方向平行

4、，所以测得仅是流体静压能仅是流体静压能p/p/。说明说明1.1.hh的的值值由由液液柱柱压压差差计计的的读读数数R R来来确确定定。hh与与R R的的关关系系式式随随所所用用的的液液柱柱压压差差计计的的形形式式而而异异，可可根根据据流流体体静静力力学学方方程程式式进进行行推导。推导。对对U U管压差计：管压差计：pp=(A A-)gR-)gR2.2.平均流速平均流速u u的确定。将测速管置于管中心，此时的确定。将测速管置于管中心，此时 u ur r=u=umaxmax 层流时：层流时：u ub b=u=umaxmax/2/2湍湍 流流 时时：ReRemaxmax=du=dumaxmax/据据R

5、eRemaxmax查查 P121P121图图 1 1 4242的的u ub b/u/umaxmax 反算反算u ub b 或或u ub b=(0.8(0.80.82)0.82)u umaxmax3.评价及使用注意事项评价及使用注意事项 优优点点：测测速速管管装装置置简简单单，流流动动阻阻力力小小，结结构构简简单单，造造价价低低廉；廉；缺缺点点：只只能能测测清清洁洁流流体体，一一般般用用于于测测量量大大管管径径中中清清洁洁气气体体的流量。的流量。使用时注意：使用时注意：安安装装于于稳稳定定流流段段，测测点点上上下下游游最最好好各各有有50d50d以以上上的的直直管管距距离，防止进出口干扰；离，防

6、止进出口干扰；测速管口截面与流动方向严格垂直；测速管口截面与流动方向严格垂直；测速管直径测速管直径d d0 0与管径与管径d d之比之比d d0 0/d/d1/501/50，以免对管中流动产，以免对管中流动产生干扰，影响结果。生干扰，影响结果。制造精度影响测量的准确度，故严格来说应校正：制造精度影响测量的准确度，故严格来说应校正：标准测速管，标准测速管，C=1C=1；通常取；通常取C=0.98C=0.981.001.00。也可不校正。也可不校正例例:采采用用测测速速管管来来测测定定内内径径为为100mm100mm管管道道中中的的3030、常常压压空空气气的的流流量量，当当将将测测速速管管放放在

7、在管管中中心心时时，U U管管压压差差计计读读数数为为20mmH20mmH2 2O O。解解：常常 压压,30,30空空 气气 性性 质质=1.165=1.165 kg/mkg/m3,3,=1.86=1.861010-5-5 PaPas s1.7.2 孔板流量计孔板流量计1.1.构造构造 孔孔板板流流量量计计为为中中央央开开有有圆圆台台孔孔的的金金属属薄薄板板，孔孔口口经经精精密密加加工工并并呈呈锐锐孔孔状状，圆圆孔孔前前后后装装有有均均压压室室，其其测测压压孔孔与与液液柱柱压压差差计计相相连连。使使用用时时用用法法兰兰固固定定在在管管道上，由压差计上显示的指示液高度，可算出管中流体的流速。道

8、上，由压差计上显示的指示液高度，可算出管中流体的流速。当当流流体体通通过过孔孔口口时时，因因流流道道截截面面积积的的突突然然缩缩小小，将将导导致致动动能能骤骤然然增增大大而而静静压压能能降降低低，因因此此在在孔孔板板前前后后形形成成流流体体的的压压力力差差。由由于于流流体体的的惯惯性性作作用用，流流过过小小孔孔时时流流动动截截面面并并不不立立即即扩扩大大到到与与管管截截面面相相等等，而而是是继继续续收收缩缩至至一一定定距距离离后后才才逐逐渐渐扩扩大大。如如图图中中2-22-2处处称称为为缩缩脉脉，它它至至孔孔口口距距离离随随流流动动雷雷诺诺数数及及孔孔口口与管道截面之比而变化。与管道截面之比而

9、变化。2.测量原理测量原理 设设孔孔板板上上游游尚尚未未收收缩缩处处为为1-11-1截截面面，孔孔板板处处为为0-0-00截截面面，暂暂时时不不考考虑虑能能量量损损失失，在在两两截截面面间间列列柏柏努努利利方方程：程：考考虑虑到到能能量量损损失失，引引进进一一校校正正常常数数C C；采采用用角角接接取取压压法法(将将两两测测压压口口接接在在孔孔板板流流量量计计前前后后的的位位置置上上)，引引进进一一校校正正系系数数C C2 2，则：则：说明说明当孔板流量计连接压差计为当孔板流量计连接压差计为U U型管压差计时：型管压差计时：p pa a-p-pb b=(=(-）gRgR,故：故：称称为为孔孔流

10、流系系数数，它它与与A A0 0/1 1、ReRe以以及及测测压压方方式式有有关关。其其值通过实验测定。值通过实验测定。u ub1b1未知未知ReRe未知未知C C0 0未知未知V VS S无法计算，故采用试差法。无法计算，故采用试差法。试差法步骤：试差法步骤：假设假设ReRecReRec根据根据A A0 0/A/A1 1查图查图1-441-44得得C C0 0计算计算u ub1b1及及V VS S校核校核Re=dRe=d1 1u ub1b1/3.评价及使用注意事项评价及使用注意事项 优点：优点：构造简单、安装与更换方便。构造简单、安装与更换方便。缺缺点点：能能量量损损失失较较大大，A A0

11、0/A/A1 1愈愈小小，能能量量损损失失愈愈大大，其其能能量量损损失可按：失可按：使用注意事项：使用注意事项：孔板前直管段孔板前直管段(10(1050)50)d d1 1孔板后直管段孔板后直管段(5(510)10)d d1 1进进行行估估算算。若若用用于于测测量量气气体体或或蒸蒸汽汽时时，除除考考虑虑密密度度变变化化外外，还还应对以上得到的公式进行修正，修正系数可查有关手册。应对以上得到的公式进行修正，修正系数可查有关手册。例例:在在1651654.5mm4.5mm钢钢管管中中，用用孔孔径径为为78mm78mm的的孔孔板板流流量量计计测测量量管管中中苯苯的的流流量量，已已知知苯苯的的密密度度

12、为为880kg/m880kg/m3 3，粘粘度度为为0.670.671010-3-3 PaPas s，U U管管压差计指示液高度为压差计指示液高度为30mmHg30mmHg。解：解：采用试差法，设采用试差法，设ReRecReRec由由A A0 0/A/A1 1=(=(d d0 0/d/d1 1)2 2=(78/156)=(78/156)2 2=0.25=0.25 查查 图图 1-441-44得得：C C0 0=0.625=0.625，RecRec=7=710104 4故计算结果正确，苯的流量为故计算结果正确，苯的流量为0.0087m0.0087m3 3/s/s。1.7.3 文丘里流量计文丘里流

13、量计1.1.构造构造 孔孔板板流流量量计计因因为为锐锐孔孔结结构构将将引引起起过过多多的的能能量量损损失失，可可采采用用渐渐缩缩渐渐扩扩管管代代替替孔孔板板，减减少少由由于于突突然然缩缩小小和和扩扩大大造造成成的的能能量量损损失失，这这样样构构成成的的流流量量计计称称为为文文丘丘里里(Venturi)(Venturi)流流量量计计(如图如图)。文文丘丘里里流流量量计计的的收收缩缩角角一一般般取取15152525，扩扩大大角角则则取取5 57 7。由由于于流流体体在在渐渐缩缩段段和和渐渐扩扩段段流流动动时时，流流速速变变化化平平缓缓，避避免免了了涡涡流流的的形形成成，在在喉喉管管处处增增加加的的

14、动动能能可可于于渐渐扩扩过过程程中中大大部部分分转转为为静静压压能能，使使得得能能量量损损失失大大大大减减少少，但但其其构构造复杂。造复杂。2.测量原理测量原理文丘里流量计的流量计算式与孔板流量计相类似，即：文丘里流量计的流量计算式与孔板流量计相类似，即：式式中中：C CV V流流量量系系数数，一一般般0.980.980.990.99，其其值值由由实实验验测测定定或或查查手手册；册；A A0 0喉管截面积喉管截面积,m,m2 2；p p1 1-p po o 压差值压差值 ,Pa,Pa。说明说明 U U管压差计：管压差计：p p1 1-p po o=(A A-)gR-)gR3.3.评价评价优点：

15、优点：能量损失小能量损失小缺点：缺点：加工复杂，价格昂贵加工复杂，价格昂贵不易更换，测量的流量范围小不易更换，测量的流量范围小1.7.4 转子流量计转子流量计1.1.构造构造 转转子子流流量量计计是是在在一一支支微微锥锥形形(上上大大下下小小，锥锥度度4 4)的的玻玻璃璃管管内内，放放置置一一直直径径略略小小的的转转子子(或或称称浮浮子子)所所组组成成。转转子子材材料料可可为为金金属属或或其其它它材材料料，转转子子和和玻玻璃璃管管内内壁壁间间形形成成一一个个环环隙隙通通道道。转转子子流流量量计计垂垂直直安安装装，被被测测流流体体从从玻玻璃璃管管底底部部进进入入，由由顶部流出，如图。顶部流出，如

16、图。2.测量原理测量原理 当当无无流流体体通通过过时时，转转子子处处于于底底部部。当当有有流流体体自自下下而而上上通通过过时时，由由于于环环隙隙处处流流速速较较大大，静静压压力力减减小小，故故在在转转子子的的上上下下截截面面形形成成一一个个压压力力差差，使使转转子子上上浮浮。随随转转子子上上浮浮，环环隙隙截截面面逐逐渐渐增增大大，使使流流速速降降低低，转转子子两两端端压压力力差差也也随随之之降降低低。若若转转子子上上升升到到一一定定高高度度，使使转转子子两两端端压压差差产产生生的的升升力力等等于于转转子子的的净净重重力力时时，转转子子就就停停留留在在该该处处不不动动。显显然然转转子子所所处处位

17、位置置与与流流体体流流量量有有关关，这这就就是转子流量计的工作原理。是转子流量计的工作原理。此此时时可可仿仿照照孔孔板板流流量量计计流流量量公公式式，写写出出转转子子流流量量计计流流量量计计算公式：算公式：式中：式中：C CR R 流量系数，查手册或测定；流量系数，查手册或测定；A AR R 转子与玻璃管的环隙面积，随位置高度而异。转子与玻璃管的环隙面积，随位置高度而异。设设转转子子体体积积为为V Vf f，最最大大截截面面积积A Af f，密密度度f f，当当转转子子在在流流体体中中处于平衡时，推动力处于平衡时，推动力=净重力：净重力：3.3.转子流量计的特点：恒流速，恒压差（恒定的能量损失

18、）转子流量计的特点：恒流速，恒压差（恒定的能量损失）使使用用时时，实实际际流流量量值值可可直直接接由由转转子子停停留留位位置置的的玻玻璃璃管管外外刻刻度度读读出出，使使用用起起来来比比较较方方便便。但但生生产产厂厂家家一一般般是是用用2020的的水水，或或者者2020，101.3kPa101.3kPa条条件件下下空空气气标标定定的的，当当被被测测流流体体条条件件发发生生变变化化时时，应应对对刻刻度度值值进进行行换换算算。因因为为在在同同一一刻刻度度上上，A AR R，C CR R相相同同，因而换算关系为：因而换算关系为：4.4.评价及使用注意事项评价及使用注意事项优优点点：读读数数方方便便，能

19、能量量损损失失小小，测测量量范范围围宽宽，适适于于测测量量腐腐蚀蚀性性流体；流体；缺点：缺点：不能承受高温和高压不能承受高温和高压(120120，4 410105 5Pa)Pa)。使用注意事项：使用注意事项：必必须须垂垂直直安安装装，开开启启阀阀门门要要缓缓慢慢，以以防防转转子子突突然然上上升升和和下下降降而而损坏。损坏。基本原理及参数基本原理及参数一、基本概念一、基本概念1.1.流体流体2.2.稳定流动、非稳定流动稳定流动、非稳定流动3.3.质点、连续介质质点、连续介质4.4.层流、湍流、边界层、边界层脱体层流、湍流、边界层、边界层脱体5.5.粘度粘度6.6.流量和流速流量和流速7.7.理想

20、流体与实际流体理想流体与实际流体8.8.牛顿型流体与非牛顿型流体牛顿型流体与非牛顿型流体9.9.柏努利方程的物理意义柏努利方程的物理意义作业：作业：1515、1616、1818、2020、2222、2626、2929 二、基本参数二、基本参数1.1.密度密度(1)(1)定义式定义式(2)(2)理想气体理想气体(3)(3)混和气体混和气体(4)(4)混和液体混和液体2.2.压力压力(1)(1)定义式定义式(2)(2)单位单位PaPa、atmatm、at(at(kgf/cmkgf/cm2 2)、mHmH2 2O O、mmHgmmHg、barbar等等1 atm1 atm（标准大气压）（标准大气压）

21、=1.013x10=1.013x105 5Pa=760mmHg Pa=760mmHg =10.33mH=10.33mH2 2O=1.013bar=1.033kgf/cmO=1.013bar=1.033kgf/cm2 21at(1at(工程大气压）工程大气压）=1kgf/cm=1kgf/cm2 2=0.9807x10=0.9807x105 5Pa=735.6mmHgPa=735.6mmHg =10mH =10mH2 2O=0.9807barO=0.9807bar(3)(3)表示方式表示方式绝对压力、表压力、真空度绝对压力、表压力、真空度真空度表压真空度表压绝对压力大气压表压力绝对压力大气压表压力

22、3.3.粘度粘度(1)(1)定义式定义式(2)(2)气体混合物粘度气体混合物粘度(3)(3)液体混合物粘度液体混合物粘度粘度的单位、实质、影响因素粘度的单位、实质、影响因素4.4.流量与流速流量与流速表达式：表达式：m3/s;m/s5.5.直径与当量直径直径与当量直径圆管直径：圆管直径：当量直径：当量直径：水力半径水力半径:1.1.物料衡算物料衡算稳定流动的连续性方程稳定流动的连续性方程2.2.能量衡算能量衡算(1)(1)稳定流动机械能守衡通式稳定流动机械能守衡通式(2)(2)柏努力方程柏努力方程三、基本原理三、基本原理1.1.表达式表达式2.2.应用应用测量两点压差或各点静压力测量两点压差或

23、各点静压力测量液位高度测量液位高度确定液封高度确定液封高度流量测量：流量计，需与流量公式配合使用流量测量：流量计，需与流量公式配合使用3.3.使用注意事项使用注意事项等压面的选择等压面的选择静力学方程静力学方程柏努利方程柏努利方程1.表达式表达式基本式：理想流体：可压缩流体：1N流体：1m3流体：2.2.应用应用确定容器间的相对位置确定容器间的相对位置 计算管道中各点的压力计算管道中各点的压力或压力差或压力差确定流体流量确定流体流量确定输送机械的有效功率及轴功率确定输送机械的有效功率及轴功率确定某段管路的阻力损失确定某段管路的阻力损失管路计算：简单管路、复杂管路管路计算：简单管路、复杂管路流量

24、测量：与静力学方程联用流量测量：与静力学方程联用3.3.使用注意事项使用注意事项注意条件：流体是可压缩、不可压缩流体，实际、理想流体，注意条件：流体是可压缩、不可压缩流体，实际、理想流体，稳定、不稳定流动等稳定、不稳定流动等截面的选取截面的选取 基准水平面的选取基准水平面的选取单位及压力的表示法单位及压力的表示法1.1.表达式表达式2.2.应用应用计算流体流经直管段、局部地方时产生的机械能损失。计算流体流经直管段、局部地方时产生的机械能损失。3.3.使用注意事项使用注意事项每个局部地方只能用一种方法计算流动阻力每个局部地方只能用一种方法计算流动阻力非圆形管的非圆形管的ReRe计算计算直管阻力：

25、局部阻力：阻力方程阻力方程本章要求本章要求掌握连续性、密度、压力、流量、流速、粘度、层流、湍掌握连续性、密度、压力、流量、流速、粘度、层流、湍流、雷诺准数的概念流、雷诺准数的概念了解定态流动、非定态流动、牛顿粘性定律、牛顿型流体、了解定态流动、非定态流动、牛顿粘性定律、牛顿型流体、非牛顿型流体、流动边界层的概念非牛顿型流体、流动边界层的概念掌握流体静力学基本方程式及其应用掌握流体静力学基本方程式及其应用掌握连续性方程式及其应用掌握连续性方程式及其应用掌握柏努利方程式及其应用掌握柏努利方程式及其应用掌握阻力损失的计算掌握阻力损失的计算掌握简单管路的计算，了解复杂管路的特点掌握简单管路的计算，了解复杂管路的特点掌握流速、流量的测定方法掌握流速、流量的测定方法