化工原理第一章(15)

(2) 测量原理
R
孔板流量计
在上图所示的1-1、2-2面间列机械能衡算方程：
23
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若不考虑(kǎolǜ)阻力损失，有：
p1 u12
p2
u
2 2
或
பைடு நூலகம்
2 2
u22
u 21
2(
p1
p2 )
2gR(0
)
问题(wèntí)：（1）实际有能量损失；（2）缩脉处A2未知。
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。
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流量计
变压头流量计 将流体的动压头的变化以静压头的变化的 形式表示(biǎoshì)出来。一般，读数指示 由压强差换算而来。如：测速管、孔板流 量计和文丘里流量计。
变截面(jiémiàn)流流体通过流量计时的压力降是固定的，
量计
流体流量变化时流道的截面积发生变
化，以保持不同流速下通过流量计的压强
注意：计算并联管路阻力时，仅取其中一支(yī zhī) 路即
可，不能重复计算。
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2. 并联管路的流量(liúliàng)分
配
W fi
i
(l le )i di
ui2 2
而
ui
4Vsi
di2
W fi
i
(l le )i di
1 4Vsi
2 di2
2
8iVs2i (l le )i
阀门由全开转为半开，试讨论(tǎolùn)各流动参数的变化
阀门关小
总管流量下降
O点静压强升高
18
u1、u2降低
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1.5.2 流量(liúliàng)的测 定
1.5.2.1 测速管
1.5.2.2 孔板流量计
1.5.2.3 文丘里流量计
1.5.2.4 转子(zhuàn zǐ)流量 计
19
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2
d
5 i
VS1 :VS 2 :VS3
d15
:
1(l le )1
d
5 2
:
2 (l le )2
d35
3 (l le )3
支管越长、管径越小、阻力系数(xìshù)越大——流量越 小；
反之
10
——流量越大。 返回
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（二）、分支(fēnzhī)管路与汇合 管路
AA
C
O
O
C
BB
分支管路
汇合管路
2) 不宜安装(ānzhuāng)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%）。
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1.5.2.3 文丘里（Venturi）流量计
(1) 结构(jiégòu)及特点 1) 结构(jiégòu)
2) 特点 节流式流量计 (恒截面(jiémiàn)，变压差)
CR
2V f ( f )g A f
CR——流量 (li3ú1 liàng)系数
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体积(tǐjī)流
量
Vs CR AR
讨论：
2( f )V f g A f
（1）特点(tèdiǎn)： 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）
安装支路，以便于检修。
（2）读数方便，流动阻力很小，测量范 围宽，测量精度较高；
（3）玻璃管不能经受高温和高压，在安 装使用过程中玻璃容易(róngyì)破碎。
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管路。
管路(ɡuǎn lù)计算
关键：流速的选择
操作型 管路系统已固定，要求核算在某 给定条件下的输送能力或某项技 术指标
3
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三种(sān zhǒnɡ)计算：
1）已知流量和管器尺寸，管件，计算 管路系统的阻力损失 2） 给定(ɡěi dìnɡ)流量、管长、所需管 件和允许压降，计算管路直径 3）已知管道尺寸，管件和允许压强降 ，求管道中流体的流速或流量
优点：简单、方便、阻力小；局限性：测压孔易堵塞，多测气体
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1.5.2.2 孔板流量计
(1) 结构及特点(tèdiǎn) 1) 结构 孔板：测量元件； 缩脉：孔板后1/3～2/3 d 处。
1
d1S1u1
0
d0S0u0
0
1
2
d2S2u2
2
2) 特点： 恒截面(jiémiàn)、变压差 ——差压式流量计
降相同。如：转子流量计。
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1.5.2.1 测速管（皮托管(tuōguǎn)）
一、结构(jiégòu)
二、原理
内管A处
pA
p
1
.
u2
2
外管B处
pB p
p
pA
pB
(p
1
.
u2
)
p
1
.
u2
2 2
点速度：
.
u
2p
2Rg(0 )
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讨论： （1）皮托管测量流体(liútǐ)的点速度，可测速度分布曲线 ；（2）流量的求取：
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CR相同(xiānɡ tónɡ),同刻度时
VS2 1( f 2 )
VS1
2 ( f 1)
式中：1——标定(biāo dìnɡ) 流体；
2——被测流体。
气体转子流量计 VS 2 1
VS1
2
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三、安装(ānzhuāng)及优 缺点 （1）永远垂直安装，且下进、上出，
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（2）在1-A之间，由于(yóuyú)流速u↓→ Wf,1-A ↓ →pA ↑ ；
（3）在B-2之间，由于(yóuyú)流速u↓→ Wf,B-2 ↓ →pB ↓ 。结论：
（1）当阀门关小时，其局部阻力增大，将使管路中流量 下降；
（2）下游阻力的增大使上游压力上升；
（3）上游阻力的增大使下游压力下降。
Vs1,d1 Vs2,d2 Vs3,d3
：
（1）流体通过各管段的质量流量不变，对于不可压缩流
体，则体积流量也不变。
mS1 mS 2 mS3 不可压缩流体 VS1 VS 2 VS3
(2) 整个管路的总能量损失等于各段能量损失之和 。
Wf Wf1 Wf 2 Wf 3
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Ⅱ复杂(fùzá)管路
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1.5.1.2 各种管路的基本特点
简单(jiǎndān)管路流体从入口到出口是在一条管路中流动的，
没有出现流体的分支或汇合的情况
管路(ɡuǎn lù) 串联管路：不同管径管道连接成的管路
复杂管路 存在流体的分流或合流的管路 分支管路、并联管路
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Ⅰ简单(jiǎndān)管路
基本(jīběn)特点
11
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基本特点：
（ 1 ） 主 管 中 的 流 量 ( l i úl i àn g ) 为 各 支 路 流 量 (liúliàng)之和；
mS mS1 mS 2
不可压缩(yā suō) 流体
VS VS1 VS 2
（2）流体在各支管流动终了时的总机械能与能量损失之和
相等。
pA
zAg
直接计算
d、u未知
试差法
或迭代
Re无法求λ 法
无法确定
4
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修正(xiūzhèng)λ
否
5
设初值λ 求出d、u
Re du / 计 f (Re, / d )
注意：
若已知流动 处于阻力平
方区或层流
，则无需试 差，可直接 解析求解
比较(bǐjiào)λ计与初值λ是否接
近
是
Vs
4
d 2u
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(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。
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1.5.2.4 转子(zhuàn zǐ)流量计
z2g
(
l d
) u 2
2
阻力计算 (摩擦系数)：
du
,
d
变量(biànliàng)数（12个）：l，d，ε，Σξ，z1，z2；Vs，u ，p1，p2 ，We；λ；方程数：3个；自由度：9个
2
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设计(shè jì)型对于给定的流体输送任务（如一定的流
体的体积，流量），选用合理且经济的
A0 ) A1
Re是以内径d1计算
Re d
d1 u1
当Re >Re临界时，
C0
f(
A0 ) A1
一般 C0=0.6~0.7
25
A0 A1
Re d
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(2) 测量范围
VS R
R VS 2
孔板流量计的测量范围受U形压差计量(jìliàng) 程决定。
(3) 安装(ānzhuāng)要求
1) 稳定段长度：上游15~40d，下游5d处；
一、结构(jiégòu)与原 理
从转子的悬浮高度直接 读取流量数值。
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二、流量
(liúliàng)方程
0
转子(zhuàn zǐ)受
力平衡
( p1 p0 ) Af f V f g
1
在1-1′和0-0′截面间列柏努利方程
p1
u12 2
z1g
p0
u02 2
z0g
p1
p0
(z0
华南农业大学化工原理电子课件
1.5 管路计算(jìsuàn)及流量 的测定
1.5.1 管路(ɡuǎn lù)计算 1.5.2 流量的测定
1
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1.5.1 管路计算
1.5.1.1 管路计算的基本内容
基
连续性方程：
Vs
4
d 2u
本
方 程
柏努利方 (fāngchéng)：
程p1
z1g We
p2
2) O点处静压强的上升(shàngshēng)将使总流速u0下降
gZ
p0
h
f
,10
hf
,01
l
le d
u02 2
3）O点处静压强的上升使另一支管流速u3出现上升趋势
p0 p3 l le u32
d3 2
忽略动压头
总之，分支管路中的阀门关小，其结果是阀门所在支管的流量
减小，另一支管的流量增大，而总流量则呈现下降趋势
由速度分布曲线积分 VS udA
测管中心umax，由 u umax ~ Remax 平 均流速，再计算流量。
三、安装(ānzhuāng)
（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。
1 2
u
2 A
W fOA
pB
zBg
1 2
u
2 B
W fOB
12
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1.5.1.3 阻力对管内流动的影响
1、简单管路内阻力对管内流动的影响
pa
1
1
pA
pB 2
阀门(fámén)F开度减小时： A F B 2
（1）阀关小，阀门局部阻力系数(xìshù) ↑ →
Wf,A-B ↑
→流速u↓ →13 即流量↓；
可见，管路中任一处的变化，必将带来总体的变 化，因此必须将管路系统当作整体考虑。
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2、 分支(fēnzhī)管路中阻力对管内流动的影响
某一支路阀门由全开(quánkāi)转为半开，试讨论各流动参数的变化
15
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1）阀门(fá mén)A关小，阻力系数ξA增大，支管中的流速u2 将出现下降趋势，O点处的静压强将上升。
(一)、并联 (bìnglián)管路 VS1
VS
VS2
A
B
VS3
1、特点：
（1）主管中的流量为并联的各支路流量之和；
mS mS1 mS 2 mS3
8
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不可压缩流体
VS VS1 VS2 VS3
（2）并联管路中各支路(zhī lù)的能量损失均相
等。
W f 1 W f 2 W f 3 W fAB
u02 u12 C
2gR(0 )
由连续性方程 S1u1 S0u0
u1
S0 S1
u0
孔口流速：u0 C0
24
2gR( )
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式中：
C0
C
1
S0 S1
— 流量(liúliàng)系数或孔 流系数
讨论： （1）流量(liúliàng)系数C0
C0
Re临界值
对于标准孔板
C0
f (Red ,
16
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注意两种极端(jíduān)情况： 1.总管阻力可以忽略，支管阻力为主 任一支管情况的改变不致影响其他支管的流量 如：城市供水、煤气管线 2.总管阻力为主，支管阻力可以忽略 总管中的流量不因支管情况而变，支管的启闭仅改变各支管 间的流量的分配
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3、 汇合管路(ɡuǎn lù)中阻力对管内流动的影响
z1 )g
2
(u
2 0
u12 )
30
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0′
1′
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( p1 p0 ) Af
Af (z0 z1 )g Af
2
(u
2 0
u12 )
V f g 流体的浮力
动能差
Vf ( f
)g Af
2
(u
2 0
u12 )
由连续性方程
u1
u0
A0 A1
u0
1
1 A0 A1 2
2V f ( f )g A f
喉管
(2) 测量原理
列1-1及2-2面间的机械能方程式：
p1 u12 p2 u22
2 2
R12
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VS CV A0
2Rg(0 )
CV——流量(liúliàng)系数（0.98～0.99）
A0——喉管处截面积
(3) 安装要求 稳定段长度：上游(shàngyóu)50d，下游10d。