流速与流量测量教案.doc

1 流速与流量的测量本节重点: 孔板流量计与转子流量计的原理、特点等。难点: 流量方程的推导。 测速管测速度的结构与测量原理测速管又称皮托( Pitot )管,如图 1-31 所示,是由两根弯成直角的同心套管组成,内管管口正对着管道中流体流动方向,外管的管口是封闭的,在外管前端壁面四周开有若干测压小孔。为了减小误差, 测速管的前端经常做成半球形以减少涡流。测速管的内管与外管分别与 U 形压差计相连。内管所测的是流体在 A 处的局部动能和静压能之和,称为冲压能。内管 A 处: .22 1u p p A????由于外管壁上的测压小孔与流体流动方向平行,所以外管仅测得流体的静压能,即外管 B 处:?? p p B? U 形压差计实际反映的是内管冲压能和外管静压能之差, .22 1)2 1(u pu p ppp BA????????????则该处的局部速度为? pu ?? 2 . ( 1-62 ) 将U 形压差计公式( 1-9 )代入,可得???)(2 0 .?? Rg u ( 1-62a ) 由此可知,测速管实际测得的是流体在管截面某处的点速度,因此利用测速管可以测得流体在管内的速度分布。若要获得流量,可对速度分布曲线进行积分。也可以利用皮托管测量管中心的最大流速 max u , 利用图 1-32 所示的关系查取最大速度与平均速度的关系, 求出管图 1-31 测速管 2 截面的平均速度,进而计算出流量,此法较常用。测速管的安装 1. 必须保证测量点位于均匀流段,一般要求测量点上、下游的直管长度最好大于 50 倍管内径,至少也应大于 8~ 12 倍。 2. 测速管管口截面必须垂直于流体流动方向, 任何偏离都将导致负偏差。 3. 测速管的外径 d 0不应超过管内径 d的 1/50 , 即d 0 <d/50 。测速管对流体的阻力较小,适用于测量大直径管道中清洁气体的流速,若流体中含有固体杂质时,易将测压孔堵塞,故不易采用。此外,测速管的压差读数教小,常常需要放大或配微压计。 孔板流量计孔板流量计的结构与测量原理孔板流量计属于差压式流量计,是利用流体流经节流元件产生的压力差来实现流量测量的。孔板流量计的节流元件为孔板,即中央开有圆孔的金属板, 其结构如图 1-33 所示。将孔板垂直安装在管道中, 以一定取压方式测取孔板前后两端的压差, 并与压差计相连, 即构成孔板流量计。在图 1-3 3中, 流体在管道截面 1-1 ′前, 以一定的流速 u 1 流动,因后面有节流元件, 当到达截面 1-1 ′后流束开始收缩,流速即图 1-33 孔板流量计图 1-32 max uu 与 Re 的关系 3 增加。由于惯性的作用,流束的最小截面并不在孔口处,而是经过孔板后仍继续收缩,到截面 2-2 ′达到最小, 流速 u 2 达到最大。流束截面最小处称为缩脉。随后流束又逐渐扩大, 直至截面 3-3 ′处,又恢复到原有管截面,流速也降低到原来的数值。流体在缩脉处,流速最高,即动能最大,而相应压力就最低,因此当流体以一定流量流经小孔时, 在孔前后就产生一定的压力差 21ppp???。流量愈大,p?也就愈大, 所以利用测量压差的方法就可以测量流量。孔板流量计的流量方程孔板流量计的流量与压差的关系,可由连续性方程和柏努利方程推导。如图,在 1-1 ′截面和