第六节流速和流量的测量.docVIP

第六节 流速和流量的测量 流体的流速和流量是化工生产操作中经常要测量的重要参数。测量的装置种类很多，本节仅介绍以流体运动规律为基础的测量装置。 1-6-1 测速管 测速管又名皮托管，其结构如图1-32所示。皮托管由两根同心圆管组成，内管前端敞开，管口截面（A点截面）垂直于流动方向并正对流体流动方向。外管前端封闭，但管侧壁在距前端一定距离处四周开有一些小孔，流体在小孔旁流过（B）。内、外管的另一端分别与U型压差计的接口相连，并引至被测管路的管外。 皮托管A点应为驻点，驻点A的势能与B点势能差等于流体的动能，即 由于ZA几乎等于ZB，则 （1-61） 用U型压差计指示液液面差R表示，则式1-61可写为： （1-62） 式中 u——管路截面某点轴向速度，简称点速度，m/s； ρ、ρ——分别为指示液与流体的密度，kg/m3； R——U型压差计指示液液面差，m； g——重力加速度，m/s2。 显然，由皮托管测得的是点速度。因此用皮托管可以测定截面的速度分布。管内流体流量则可根据截面速度分布用积分法求得。对于圆管，速度分布规律已知，因此，可测量管中心的最大流速umax，然后根据平均流速与最大流速的关系（u/ umax~Re max，参见图1-17），求出截面的平均流速，进而求出流量。 为保证皮托管测量的精确性，安装时要注意： （1）要求测量点前、后段有一约等于管路直径50倍长度的直管距离，最少也应在8~12倍； （2）必须保证管口截面（图1-32中A处）严格垂直于流动方向； （3）皮托管直径应小于管径的1/50，最少也应小于1/15。 皮托管的优点是阻力小，适用于测量大直径气体管路内的流速，缺点是不能直接测出平均速度，且U型压差计压差读数较小。 1-6-2 孔板流量计 一、孔板流量计的结构和测量原理 在管路里垂直插入一片中央开有圆孔的板，圆孔中心位于管路中心线上，如图1-33所示，即构成孔板流量计。板上圆孔经精致加工，其侧边与管轴成45°角，称锐孔，板称为孔板。 由图1-33可见，流体流到锐孔时，流动截面收缩，流过孔口后，由于惯性作用，流动截面还继续收缩一定距离后才逐渐扩大到整个管截面。流动截面最小处（图中2－2截面）称为缩脉。流体在缩脉处的流速最大，即动能最大，而相应的静压能就最低。因此，当流体以一定流量流过小孔时，就产生一定的压强差，流量愈大，所产生的压强差也就愈大。所以可利用压强差的方法来度量流体的流量。 设不可压缩流体在水平管内流动，取孔板上游流动截面尚未收缩处为截面1－1，下游取缩脉处为截面2－2。在截面1－1与2－2间暂时不计阻力损失，列柏努利方程： 因水平管Z1=Z2，则整理得 （1-63） 由于缩脉的面积无法测得，工程上以孔口（截面0－0）流速u0代替u2，同时，实际流体流过孔口有阻力损失；而且，测得的压强差又不恰好等于p1－p2。由于上述原因，引入一校正系数C，于是式1-63改写为： （1-64） 以A1、A0分别代表管路与锐孔的截面积，根据连续性方程，对不可压缩流体有 u1A1=u0A0 则 设，上式改写为： （1-65） 将式1-65代入式1-64，并整理得 再设，称为孔流系数，则 （1-66） 于是，孔板的流量计算式为 （1-67） 式中p1－p2用U型压差计公式代入，则 （1-68） 式中 ρ、ρ——分别为指示液与管路流体密度，kg/m3； R——U型压差计液面差，m； A0——孔板小孔截面积，m2； C0——孔流系数又称流量系数。 流量系数C0的引入在形式上简化了流量计的计算公式，但实际上并未改变问题的复杂性。只有在C0确定的情况下，孔板流量计才能用来进行流量测定。 流量系数C0与面积比m、收缩、阻力等因素有关，所以只能通过实验求取。C0除与Re、m有关外，还与测定压强所取的点、孔口形状、加工粗糙度、孔板厚度、管壁粗糙