流速与流量的测量

1.6

流速与流量的测量

1.6.1 测速管(皮托管)一、结构

二、原理内管A处pA 1 2 u 2 p

外管B处pB

1

p

p

1 2 p 1 2 ( u ) u 2 2 pA pB pu

点速度： 即讨论：u

2 p

2 Rg( 0 )

( 1 )皮托管测量流体的点速度，可测速度分布曲线；2

(2)流量的求取： 由速度分布曲线积分 VS udA

测管中心最大流速，由 u umax ~ Remax 求平 均流速，再计算流量。三、安装 (1)测量点位于均匀流段，上、下游各有50d直管距离；

(2)皮托管管口截面严格垂直于流动方向；(3)皮托管外径d0不应超过管内径d的1/50,即d0<d/50 。3

1.6.2 孔板流量计一、结构与原理

二、流量方程 在1-1′截面和2-2′截面间列柏努利方程，暂不计

能量损失p1 1 2 p2 1 2 u1 u2 2 22 2 u2 u1 p1 p2 2

变形得

u u 2 2 2 1

2 p

问题：(1)实际有能量损失； (2)缩脉处A2未知。5

解决方法：用孔口速度u0替代缩脉处速度u2,引入 校正系数 C。u u C2 0 2 1

2 p

由连续性方程

A0 u1 u0 A1C u0 A0 2 1 ( ) A1

2 p

令6

C C0 A 1 ( 0 )2 A1

则

u0 C0u0 C0

2 p

2 Rg( 0 )

体积流量质量流量

qV u0 A0 C 0 A0

2 Rg( 0 )

qm C0 A0 2Rg ( 0 )

C0——流量系数(孔流系数) A0——孔面积。7

讨论：(1)特点：

恒截面、变压差——差压式流量计(2)流量系数C0 对于取压方式、结构尺寸、加工状况 均已规定的标准孔板A0 C 0 f ( Re d , ) A1d 1 u1

Re是以管道的内径d1计算的雷诺数 Re d 8

C0当Re >Re临界时，A0 C0 f ( ) A1

Re临界值

A0 A1

一般 C0=0.6~0.7Red

三、安装及优缺点

(1)安装在稳定流段，上游 l >10d,下游l >5d;(2)结构简单，制造与安装方便 ； (3)能量损失较大 。

1.6.3 文丘里(Venturi)流量计

属差压式流量计；能量损失小，造价高。11

qV C V A0

2 Rg( 0 )

CV——流量系数(0.98~0.99) A0——喉管处截面积

1.6.4 转子流量计一、结构与原理 从转子的悬浮高度

直接读取流量数值。

二、流量方程 转子受力平衡 0 0′

( p1 p0 ) Af fVf g

1

1′

在1-1′和0-0′截面间列柏努利方程p12 2 p0 u0 u1 z1 g z0 g 2 2

p1 p0 ( z0 z1 ) g 14

2

2 2 ( u0 u1 )

( p1 p0 ) Af Af ( z0 z1 ) g Af

2

2 2 ( u0 u1 )

Vf g

流体的浮力

动能差

Vf ( f ) g Af

2

2 2 ( u0 u1 )

由连续性方程u0 1 1 A0 A1

A0 u1 u0 A1

2

2Vf ( f ) g 2Vf ( f

) g CR Af Af

CR——流量系数15

体积流量

qV C R AR

2( f )Vf g Af

讨论：(1)特点：

恒压差、恒流速、变截面——截面式流量计。(2)刻度换算 标定流体：20℃水( =1000kg/m3 ) 20℃、101.3kPa下空气( =1.2kg/m3)16