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Flow Measurement

第十一章. Flow Measurement. 流 量 测 量. 内 容. 基本概念 压差式流量计 流体阻力式流量计 测速式流量计 振动式流量计 质量流量计 总量流量计. 第一节 基本概念. Basic concepts. 流量的概念. 流体在 单位时间内 流经某一有效截面的体积或质量，前者称体积流量 q v （ m 3 /s) ，后者称质量流量 q m (kg/s) 。. 如果在截面上速度分布是均匀的，则 ：. 流体总量： 某一段时间内流过的流体量，即瞬时流量对时间的积分。. 流量计： 用来测量流量的仪表的统称。

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  1. 第十一章 Flow Measurement 流 量 测 量

  2. 内 容 • 基本概念 • 压差式流量计 • 流体阻力式流量计 • 测速式流量计 • 振动式流量计 • 质量流量计 • 总量流量计

  3. 第一节 基本概念 Basic concepts

  4. 流量的概念 流体在单位时间内流经某一有效截面的体积或质量，前者称体积流量qv（m3/s)，后者称质量流量qm(kg/s)。 • 如果在截面上速度分布是均匀的，则：

  5. 流体总量：某一段时间内流过的流体量，即瞬时流量对时间的积分。流体总量：某一段时间内流过的流体量，即瞬时流量对时间的积分。 流量计：用来测量流量的仪表的统称。 测量总量的仪表称为流体计量表或总量计。

  6. 1、流量是三大工业过程控制量（压力、温度、流量）之一；2、石油、天然气、化工原料等流 体的计量直接关系到国家利益；3、自来水、灌溉、污水处理等关 系到国计民生。 二.流量测量的重要性 Importance of fluid flow measurement

  7. 大型化工企业中，流量是 控制工艺过程和保证产品 质量的关键因素。

  8. 三.所用的一些技术术语 Some technical terms 1、粘度 2、压缩性 3、层流、紊流 4、雷诺数

  9. 1 粘度 (Viscosity) 粘度表征流体的流动阻力，如左下图。 y 流体层间剪切应力为： x 动力粘度dynamic viscosity(Pa.s) 运动粘度kinematic viscosity(m2/s)

  10. 2 压缩性 • 不可压缩性(incompressibility): 液体，其密度随温度而变化。 • 可压缩性(compressibility): 气体，其密度随温度和压力而变化。

  11. 3 层流和紊流 层流(laminar flow) 流体沿直线顺着与管道平行的流线规律运动。 流体在细管中的两种流动形式。 紊流(turbulent flow) 流体质点的运动是紊乱的。

  12. 4 雷诺数(Reynolds number) 利用雷诺数可以判断流动的形式。 Re<2000 层流 Re>2000 紊流 结论：流动状态由流体比重、管道直径、 流速、流体粘度决定。

  13. 四.基本流体方程 • 连续性方程 • 伯努利方程

  14. (Equation of Continuity) 1 连续性方程 流体在管道内作稳定流动的情况（流场中任意点的流速不随时间变化的流动 ）： 2 1 为某截面积上的平均速度 截面积：A1 A2 流 速： 密 度：ρ1ρ2 不可压缩的流体在稳定流动时，流过各截面流体的体积为常量。

  15. 2 伯努利方程 (Bernoulli’s Equation) 势能 + 流体能 动能 压力能

  16. 3 伯努利方程的构成 h2 h1 能量守恒：

  17. 五.流量计分类 容积式 总量 流量计 速度式 压差式 瞬时 流量计 流体阻力式 测速式 体积 流量计 流体振动式 质量 流量计

  18. 第二节 压差式流量计 Differential pressure flow meter

  19. 一.压差式管道用流量计 A 截面积 v 流速 P 压力 A2,v2,P2 A1,v1,P1 压差式管道流量计示意图。

  20. 1 伯努利方程的一般式 h2 h1

  21. 2 伯努利方程的特例 水平放置： 不可压缩液体：

  22. 利用流体连续性 方程，体积流量： 测节流装置上、下游的压力差

  23. 3 节流式流量计 • 主要由两部分组成：节流装置和测量静压差的差压计。 • 节流装置安装在流体管道中，使流体的流通截面发生变化，进而引起流体静压变化。 常用的节流装置有文丘利管、喷嘴、孔板。

  24. 4 常用的节流装置 文丘利管 喷嘴 文丘利管压力损失最小，而孔板压力损失最大。 孔板

  25. 文丘利管流量计实物图

  26. (Open channel measurement) 二.压差式明渠用堰式流量计 H堰顶与上游水面距离 h堰后离原始液面的深度， 该处流速为 。

  27. v1很小 体积流量： （A为液流在堰槽处的总横截面积）

  28. 1 矩形槽渠 如下图可得： 修正后： C为堰释放系数，C<1

  29. 2 三角槽渠 槽宽L不是常数

  30. 修正后： C为堰释放系数 堰槽流量计由堰槽和与之配套的液位传感器及流量显示仪表组成。

  31. 第三节 流体阻力式流量计 Fluid resistance flow meter

  32. 一.工作原理 管道内置入一阻力体。 阻力体 运动位置变化 流量 大小 阻力体 受力变化 根据阻力体不同，这类流量计有： 转子(浮子)流量计 靶式流量计

  33. 1.转子(浮子)流量计 结构：锥形管＋浮子 B F 浮子受力： B: 流体内浮子的浮力 F: 流体作用于浮子的力 W: 浮子的重力 环隙 浮子 W 锥体 转子(浮子)流量计原理图

  34. 转子(浮子)流量计的测量原理 力平衡条件： 重力＝浮力＋阻力

  35. 该环形流通面积为A0，则体积流量为：

  36. 则体积流量：

  37. R r h qv与h近似成线性关系。

  38. 流体流量的修正： 标定流体的密度为ρ0，实测流体的密度为ρ，则在同一个A0处有： 从仪表刻度上读出的流量值乘上修正系数Cg，为实测值。

  39. 转子(浮子)流量计的特点 ◇结构简单； ◇使用维护方便； ◇测量范围宽； ◇工作可靠且线性刻度； ◇适用性广。

  40. 2.靶式流量计 结构：流量变送器＋显示 其测量元件是一个在测量管中心并垂直于流向的被称为“靶”的圆板。通过测量流体作用在靶上的力而实现流量测量。 可用于低雷诺数、高粘度、含固体颗粒的浆液及腐蚀介质流量测量。

  41. 靶式流量计的测量原理 流体和靶表面的摩擦力＋压差阻力 当流体的雷诺数达到一定数值，阻力系数不随雷诺数变化，而保持常数，阻力如右式：

  42. 因此可得环隙中的平均流速： 流量与靶输出力F的平方根成正比。测量靶所受的力F，就可以测定被测介质的流量。

  43. 流量计分类 容积式 总量 流量计 速度式 压差式 瞬时 流量计 流体阻力式 测速式 容积 流量计 流体振动式 质量 流量计

  44. 第四节 测速式流量计 Velocity-infered flow meter

  45. 测速式流量计的分类 1.电磁流量计 2.涡轮流量计 3.超声波流量计

  46. 一.电磁流量计 工作原理: 法拉第电磁感应定律。导体作切割磁力线运动时会感应电势。 基本结构: 均匀磁场 非导磁管道 一对电极

  47. 测量原理 导电液体在内径为D，磁场强度为B的导管内以平均速度v流动时，产生的电位差为： 则体积流量与感应电动势成正比：

  48. 励磁方式 1 直流励磁 2 交流励磁 3 低频方波励磁

  49. 1.直流励磁 用直流激励或永久磁铁产生恒定磁场。 优点：受交流电磁场干扰小； 缺点：电解质液体易被极化。 一般只用于测量非电解质液体，如液态金属等。

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