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1.6 流速和流量测定. ● 流体的速度和流量测定是一个重要的测量参数; ● 测量用的方法和流量计的种类很多。. ● 以机械能衡算方程为基础的测定方法,应用公式:. 1.6.1 测速管(毕托管 Pitot ) (1) 结构 同心套管、压差计 。. A. B. R. 实际应用的毕托管示意图. (2) 测量原理 未放测速管时,截面各点均为静压能。 放入测速管后, 外管:开口平行于流向 p B —— 静压能; 内管:开口垂直于流向 p A —— 滞点压力。
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1.6 流速和流量测定 ● 流体的速度和流量测定是一个重要的测量参数; ● 测量用的方法和流量计的种类很多。 ● 以机械能衡算方程为基础的测定方法,应用公式:
1.6.1 测速管(毕托管 Pitot ) • (1) 结构 • 同心套管、压差计 。 A B R 实际应用的毕托管示意图
(2) 测量原理 • 未放测速管时,截面各点均为静压能。 • 放入测速管后, • 外管:开口平行于流向 pB——静压能; • 内管:开口垂直于流向 pA——滞点压力。 • 滞点压力(冲压能) =静压能+动能 A B R 毕托管构造原理示意图
CP:校正系数,一般取0.98~1.00 (实测) 流量计标定:校正流量计的过程。 (3) 使用方法 1) 测量点速度 问题:如何测平均流速、流量、速度分布 平均流速:放于管中心处,测出 umax, 层流: 湍流:
2) 安装 a)管口截面:严格垂直于流体的流动方向; b)测量点选择: 在稳定流动段(直管段), 且前后直管各50d , 至少 8-12d; c)毕托管直径: 外径不超过管径的1/50; d)测量气体时: 压力变化不超过15%; 要求气体流速 > 5 m/s; e)压差较小时: 可配合微差压差计使用。 3) 适用条件 大直径管路,流体含固体杂质时不宜采用。
4)毕托管的优点: ◇ 结构简单; ◇ 使用方便; ◇ 流体的机械能损失很少。 5)毕托管的局限性: ◇ 测速管较多地用于测量气体流场中某点的速度; ◇ 测压孔易堵塞。
1 2 d1S1u1 0 d0S0u0 d2S2u2 0 2 1 R 孔板流量计 1.6.2 孔板流量计 (1) 结构及特点 1) 结构 孔板:测量元件; 缩脉:孔板后1/3~2/3 d处。
压差计两种取压方式: • 缩脉取压:孔板前1d孔板后0.5d处。 • 角接取压:孔板前后,并尽量靠近孔板。 • 工业上,常用角接取压。 • 2) 特点:节流式流量计 (恒截面,变压差) (2) 测量原理 在上图所示的1-1、2-2面间列机械能衡算方程: 若不考虑阻力损失,有:
或 考虑阻力损失,并以孔口流速u0代替缩脉处速度u2,则有: 又 式中: —流量系数或孔流系数
0.82 孔流系数C0 0.80 0.78 0.80 0.76 0.74 0.75 0.72 0.70 0.70 0.68 0.65 0.66 0.60 0.64 0.55 0.62 0.45 0.20 0.60 5 5 5 104 105 106 流量系数与Re之间的关系
(3) 安装要求 • 1) 稳定段长度:上游15~40d,下游5d处; • 2) 不宜安装在要求阻力很小处(如泵入口)。 • (4) 主要优缺点 • 优点:结构简单,制造、使用方便,造价低; • 缺点:永久阻力损失大(实测压差的75%)。
1.6.3 文丘里流量计 (1) 结构及特点 1) 结构 喉管 2) 特点 • 节流式流量计 • (恒截面,变压差)
(2) 测量原理 • 列1-1及2-2面间的机械能方程式:
1.0 200’’×100’’ 0.96 4’’×2’’ 0.92 0.88 0.84 0.80 103 2 5 104 2 5 105 2 5 106 2 5 107 文丘里流量计流量系数
问题:未知流速,如何求Cv ? 试差法 (3) 安装要求 稳定段长度:上游50d,下游10d。 (4) 主要优缺点 优点:永久阻力损失小(实测压差Δp1-3的10%); 缺点:造价较高,本身尺寸较长。
(5) 孔板流量计和文丘里流量计 1) 只能测平均流速,不能测速度分布; 2) 采用试差法求流量系数Cv 或 C0; 3) 可绘制校正曲线,直接查取压差-流量关系。 1.6.4转子流量计 (1)结构与特点 1)结构 锥形体(锥角约40); 转子(密度大于流体密度)。 2) 特点: 变截面,恒压差。
z2 2 z1 1 转子受力分析 (2) 测量原理 原理:转子在流体中受力平衡 对控制体(含转子的圆柱体)作力衡算: 列1-1及2-2间的机械能衡算方程:
(3) 流量计的校正 1) 刻度标准(厂家):液体 20℃、 水; 气体 20℃、101325 Pa的空气。 2) 条件变化时,校正方法: * 测不同种类流体时, a)校正密度 同一刻度下,
b)实验,重新标定刻度-流量曲线(常用方法) * 量程不符时, 改变转子ρf、Vf、Sf 3) 转子流量计的量程 4) 阻力损失
(4) 安装 1)必须垂直安装(只能测垂直管中流量); 2) 必须保证转子位于管中心; (转子上刻有斜槽) 3)各种流量计在管路中的安装; 为便于检修,各种流量计均应有旁路。 (5) 使用 1) 用于清洁或腐蚀性流体测量; 2) 玻璃管不耐高温、高压,易碎; 3) 开启时,应缓慢调节流量阀。
b H α 三角形堰 (6)转子流量计的优缺点 1) 优点 阻力损失小,测量范围宽, 流量计前后不需稳定管段。 2) 缺点 不耐高压 (小于0.5 MPa), 管道直径有限 (小于50mm)。 1.6.5 堰 • 结构 • 堰板---- 具有不同形状的缺口 (2) 用途:用于测定明渠中流体的流量。
(3)流量 对长方形堰口: 式中:b — 堰顶宽度,m; H — 堰口高度,m 对三角形堰口: