热工测试技术第4章 流速和流量的测量
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热工检测技术 第4章 流量测量及仪表PPT课件
垂直，偏差不超过1°；还要保证其孔中心轴与管道同
轴，不同心度不应超过0.015D(1/β-1)。经典文丘里
管，在上游测量管与入口圆筒段A的连接平面上，上游
测量管轴线与经典文丘里管轴线之间的偏移距离ex应 小于0.005D。另外，ex+1/2△D应小于0.0075D，
△D为上游测量管与经典文丘里管入口圆筒段A的直径 偏差。上游测量管轴线与文丘里管轴线的夹角应小于 1°。
15
解：因为流量与节流装前后的差压成正比，即有节流公式qX=k（△pX）1/2 设qm=100t/h，△pm=40kPa。则由节流公式得 △pX=10 kPa时， q10=100*（10/40）1/2=50.0(t/h) △pX=20 kPa时，q20=100*（20/40）1/2=70.7(t/h) △pX=30 kPa时， q30=100*（30/40）1/2=86.6(t/h) 答：略。
3
流量是流体在单位时间内通过管道或设备某 横截面处的数量。
➢ 质量流量：是单位时间内通过的流体质量， 用qm表示，单位为kg/s。
➢ 体积流量：是单位时间内通过的流体体积， 用qV表示，单位为m3/s。
4
质量流量是表示流量的最好方法。 它们之间可以互相换算。
质量流量和体积流量有下列关系： qm =ρqv
16
4.3.2 标准节流装置 ISO 5167:2003（E）
标准节流装置只适用于测 量直径大于50mm的圆形 截面管道中的单相、均质 流体的流量。要求流体充 满管道，在节流件前后一 定距离内不发生流体相变 或析出杂质现象；流速小 于音速；流动属于非脉动 流；流体在流过节流件前， 其流束与管道轴线平行， 不得有旋转流。
17
（1）标准节流件
轴，不同心度不应超过0.015D(1/β-1)。经典文丘里
管，在上游测量管与入口圆筒段A的连接平面上，上游
测量管轴线与经典文丘里管轴线之间的偏移距离ex应 小于0.005D。另外，ex+1/2△D应小于0.0075D，
△D为上游测量管与经典文丘里管入口圆筒段A的直径 偏差。上游测量管轴线与文丘里管轴线的夹角应小于 1°。
15
解：因为流量与节流装前后的差压成正比，即有节流公式qX=k（△pX）1/2 设qm=100t/h，△pm=40kPa。则由节流公式得 △pX=10 kPa时， q10=100*（10/40）1/2=50.0(t/h) △pX=20 kPa时，q20=100*（20/40）1/2=70.7(t/h) △pX=30 kPa时， q30=100*（30/40）1/2=86.6(t/h) 答：略。
3
流量是流体在单位时间内通过管道或设备某 横截面处的数量。
➢ 质量流量：是单位时间内通过的流体质量， 用qm表示，单位为kg/s。
➢ 体积流量：是单位时间内通过的流体体积， 用qV表示，单位为m3/s。
4
质量流量是表示流量的最好方法。 它们之间可以互相换算。
质量流量和体积流量有下列关系： qm =ρqv
16
4.3.2 标准节流装置 ISO 5167:2003（E）
标准节流装置只适用于测 量直径大于50mm的圆形 截面管道中的单相、均质 流体的流量。要求流体充 满管道，在节流件前后一 定距离内不发生流体相变 或析出杂质现象；流速小 于音速；流动属于非脉动 流；流体在流过节流件前， 其流束与管道轴线平行， 不得有旋转流。
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（1）标准节流件
流体流速与流量的计算与测量
流体流速与流量的计算与测量流体流速与流量是涉及流体力学的重要概念，对于流体力学的研究和实际应用具有重要意义。
本文将介绍流体流速与流量的概念，以及计算和测量相应数值的方法。
一、流体流速的概念及计算方法流体流速是指流体在单位时间内通过管道或任何其他容器横截面的体积流量。
流体流速可以用公式v = Q/A来计算，其中v表示流速，Q表示流体通过横截面的体积流量，A表示横截面的面积。
根据流体的性质和实际应用的不同，我们需要采用不同的方法来计算流体流速。
以下是几种常见的计算方法：1. 流体通过管道的流速计算：当流体通过圆管时，我们可以使用公式v = 4Q/πD^2来计算流速，其中D表示管道的直径。
这个公式是基于流体连续性方程和泊松方程推导得出的。
2. 流体通过孔口的流速计算：当流体通过小孔或喷嘴时，我们可以使用公式v = √(2gh)来计算流速，其中g表示重力加速度，h表示从孔口到液面的高度差。
这个公式是基于能量守恒原理和伯努利定律推导得出的。
3. 流体通过泵的流速计算：当流体被泵送时，我们可以使用公式v = Q/A来计算流速，其中Q表示泵的流量，A表示泵出口的横截面积。
二、流体流量的概念及计算方法流体流量是指流体在单位时间内通过特定截面的质量或体积。
流体流量的计算方法根据不同的实际应用可以有所差异。
以下是几种常见的流体流量计算方法：1. 流体质量流量计算：流体质量流量可以使用公式m = ρQ来计算，其中m表示流体的质量流量，ρ表示流体的密度，Q表示流体通过截面的体积流量。
2. 流体体积流量计算：流体体积流量可以通过直接测量流体通过的容器的体积来计算。
具体的计算方法根据容器的形状和流体流动的特点可以有所不同。
三、流体流速和流量的测量方法为了准确地测量流体流速和流量，我们可以采用不同的设备和方法。
以下是几种常见的流体流速和流量的测量方法：1. 流速测量方法：- 流速测量仪：采用这种方法可以直接获得流体的流速数值，常见的流速测量仪有流量计和流速计。
流速和流量测量
dv dy
F Sv / y F y
S v v Biblioteka y称为粘度，或动力粘度(dynamic viscosity)，单位是： 泊（P）(Pa.s)
, 称为运动粘度，单位是：m2 / s
（Kinematic viscosity）
（二）层 流 和 紊 流
流体在细管中的流动形式可分为层流和紊 流两种。
方向的速度有差别时会产生减小其速度差的 作用。这是因为流速快的部分要加速与其相 接触的流速慢的部分，而流速慢的部分要减 小与其相接触的流速快的部分，流体的这种 性质，称为粘性。 衡量流体粘性大小的物理量称为粘度。
设有两块面积很大距离很近的平板，两平板中间是流体。令底 下的平板保持不动，而以一恒定力推动上面平板，使其以速度v 沿x方向活动。由于流体粘性的作用，附在上板底面的一薄层液 体以速度v随上板运动。而下板不动故附在其上的流体不动，所 以两板间的液体就分成无数薄层而运动，如图所示。 作用力F 与受力面平行，称为剪力，剪力与板的速度v、板的面积S成正 比，而与两板间的距离y成反此，即
容积式计量表
椭圆齿轮 流量计
腰轮流量 计
活塞式 流量计
括板式流 量计
2.速度式计量表
在仪表中装一旋转叶轮，流体流过 时，推动叶轮旋转，叶轮的转动正比于 流过介质的总量，叶轮转动带动计数器 的齿轮机构，计数器即显示读数。这类 计量表机构简单，但精度低。一般在2％ 左右，大多的水表即采用此结构表。
（二）流量计
所谓层流(laminar flow)就是流体在细管中 流动的流线平行于管轴时的流动。
所谓紊流(turbulent flow)就是流体在细管中 流动的流线相对混乱的流动。
利用雷诺数可以判断流动的形式。如果雷 诺数小于某一值时，可判断为层流，而大于此 值时则判断为紊流。
F Sv / y F y
S v v Biblioteka y称为粘度，或动力粘度(dynamic viscosity)，单位是： 泊（P）(Pa.s)
, 称为运动粘度，单位是：m2 / s
（Kinematic viscosity）
（二）层 流 和 紊 流
流体在细管中的流动形式可分为层流和紊 流两种。
方向的速度有差别时会产生减小其速度差的 作用。这是因为流速快的部分要加速与其相 接触的流速慢的部分，而流速慢的部分要减 小与其相接触的流速快的部分，流体的这种 性质，称为粘性。 衡量流体粘性大小的物理量称为粘度。
设有两块面积很大距离很近的平板，两平板中间是流体。令底 下的平板保持不动，而以一恒定力推动上面平板，使其以速度v 沿x方向活动。由于流体粘性的作用，附在上板底面的一薄层液 体以速度v随上板运动。而下板不动故附在其上的流体不动，所 以两板间的液体就分成无数薄层而运动，如图所示。 作用力F 与受力面平行，称为剪力，剪力与板的速度v、板的面积S成正 比，而与两板间的距离y成反此，即
容积式计量表
椭圆齿轮 流量计
腰轮流量 计
活塞式 流量计
括板式流 量计
2.速度式计量表
在仪表中装一旋转叶轮，流体流过 时，推动叶轮旋转，叶轮的转动正比于 流过介质的总量，叶轮转动带动计数器 的齿轮机构，计数器即显示读数。这类 计量表机构简单，但精度低。一般在2％ 左右，大多的水表即采用此结构表。
（二）流量计
所谓层流(laminar flow)就是流体在细管中 流动的流线平行于管轴时的流动。
所谓紊流(turbulent flow)就是流体在细管中 流动的流线相对混乱的流动。
利用雷诺数可以判断流动的形式。如果雷 诺数小于某一值时，可判断为层流，而大于此 值时则判断为紊流。
第四章_流速与流量测量-72页PPT精选文档
当单色光束入射到运动体上某点时，光波在该 点被运动体散射，散射光频率与入射光频率相 比，产生了正比于物体运动速度的频率偏移， 称为多普勒频移。
P静 止 时 ， 入 射 光 频 率 为 ： f0 = c / λ i, c为 光 速 ， i为 入 射 光 波 波 长 。 K i表 示 平 行 于 入 射 光 波 矢 量 的 单 位 矢 量 ； K s表 示 平 行 于 散 射 光 波 矢 量 的 单 位 矢 量 若 P点 以 速 度 v ki远 离 光 源 ， 则 对 P 点 来 说 入 射 光 的 视 在 频 率 为 ：
=
v ( k s λi
ki) =
v(cosθ1+cosθ 2) λi
其中 :
为
1
物
体
至
光
源
方
向
与
物
体
运
动
方
向
间
的
夹
角
;
2为 物 体 至 观 察 者 方 向 与 物 体 运 动 方 向 间 的 夹 角
后向散射型多普勒测速原理
从入射光束方向看，后向散射是指接收散射光束 的光电检测器位于被测物体后面，即与光源在同 一侧。激光器S发出光束垂直人射到运动体，并 在P点散射，散射光由光电检测器R接收。根据多 普勒效应检测多普勒频移，如果人射光与散射光 的夹角为，则多普勒频移为：
v
2
(
pt
ps )
为皮托管系数，由实验标定。 一般在0.99～1.01之间。
皮托管是测量流体速度的主要工具之一,广泛用于
船舶和飞行体的测速。在测量时，只要把皮托管
对准流体流动的方向，使内管顶端（滞止点）能
感受全压力 pt，而具有静压孔的外管感受静压力 ps。
P静 止 时 ， 入 射 光 频 率 为 ： f0 = c / λ i, c为 光 速 ， i为 入 射 光 波 波 长 。 K i表 示 平 行 于 入 射 光 波 矢 量 的 单 位 矢 量 ； K s表 示 平 行 于 散 射 光 波 矢 量 的 单 位 矢 量 若 P点 以 速 度 v ki远 离 光 源 ， 则 对 P 点 来 说 入 射 光 的 视 在 频 率 为 ：
=
v ( k s λi
ki) =
v(cosθ1+cosθ 2) λi
其中 :
为
1
物
体
至
光
源
方
向
与
物
体
运
动
方
向
间
的
夹
角
;
2为 物 体 至 观 察 者 方 向 与 物 体 运 动 方 向 间 的 夹 角
后向散射型多普勒测速原理
从入射光束方向看，后向散射是指接收散射光束 的光电检测器位于被测物体后面，即与光源在同 一侧。激光器S发出光束垂直人射到运动体，并 在P点散射，散射光由光电检测器R接收。根据多 普勒效应检测多普勒频移，如果人射光与散射光 的夹角为，则多普勒频移为：
v
2
(
pt
ps )
为皮托管系数，由实验标定。 一般在0.99～1.01之间。
皮托管是测量流体速度的主要工具之一,广泛用于
船舶和飞行体的测速。在测量时，只要把皮托管
对准流体流动的方向，使内管顶端（滞止点）能
感受全压力 pt，而具有静压孔的外管感受静压力 ps。
流体力学实验_第四章流速与流量测量 [兼容模式]
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流体粘性的影响：需满足Re>200，在小雷诺数时， 毕托管的标定系数将随雷诺数的变化而变化
管柄堵塞的影响：毕托管管柄堵塞使流体过流面积 减小，流速增加，静压减小，总压不变。毕托管管柄 直径≤1/50管道直径且插入深度≤管道半径时可忽略
横向流速梯度的影响：毕托管头部与流体之间的相 互作用引起邻近流线的微小位移，使较高流速区的流 线移至总压孔处，总压增大。通过测压位置修正。
考虑温度效应，可采用
E 2 (Tw Te )( A BU n )
n
分段拟合多项式，即 E 2 ( Ai BiU CiU 2 DiU 3 ) 1 40
将热线风速仪的输出电压E和已知流动速度U直接联系在 一起，对每一个流速U，对应一个电压E值做出E-U曲线，也
就是校准曲线。
(1) 校准的原因
热线热膜探针的性能是随制造工艺、探针尺寸和金属丝、 膜的材料而异的，即使是相同的材料、制造工艺、尺寸， 其性能也不可能完全一样；
探针的性能和流体的温度、密度以及测量时的气压有关； 探针的性能也和实验室环境条件、污染情况有关； 探针使用后会发生老化； 探针的性能和流速范围有关； 探针在测量中是和仪器结合在一起使用的，真正的相应
对于给定的热线，e , R0 , A, B都为常数，因此 Iw, Rw,U 之间
存在确定的函数关系。
恒流静态方程
当工作电流 Iw＝常数时，Rw和U之间具有如下关系：
Rw
R0 ( A B Iw2e R0 ( A
U B
) U
)
恒流式热线风速仪
27
恒温静态方程
当工作电阻 Rw ＝常数时，Iw 和U之间具有如下关系：
Rw
管柄堵塞的影响：毕托管管柄堵塞使流体过流面积 减小，流速增加，静压减小，总压不变。毕托管管柄 直径≤1/50管道直径且插入深度≤管道半径时可忽略
横向流速梯度的影响：毕托管头部与流体之间的相 互作用引起邻近流线的微小位移，使较高流速区的流 线移至总压孔处，总压增大。通过测压位置修正。
考虑温度效应，可采用
E 2 (Tw Te )( A BU n )
n
分段拟合多项式，即 E 2 ( Ai BiU CiU 2 DiU 3 ) 1 40
将热线风速仪的输出电压E和已知流动速度U直接联系在 一起，对每一个流速U，对应一个电压E值做出E-U曲线，也
就是校准曲线。
(1) 校准的原因
热线热膜探针的性能是随制造工艺、探针尺寸和金属丝、 膜的材料而异的，即使是相同的材料、制造工艺、尺寸， 其性能也不可能完全一样；
探针的性能和流体的温度、密度以及测量时的气压有关； 探针的性能也和实验室环境条件、污染情况有关； 探针使用后会发生老化； 探针的性能和流速范围有关； 探针在测量中是和仪器结合在一起使用的，真正的相应
对于给定的热线，e , R0 , A, B都为常数，因此 Iw, Rw,U 之间
存在确定的函数关系。
恒流静态方程
当工作电流 Iw＝常数时，Rw和U之间具有如下关系：
Rw
R0 ( A B Iw2e R0 ( A
U B
) U
)
恒流式热线风速仪
27
恒温静态方程
当工作电阻 Rw ＝常数时，Iw 和U之间具有如下关系：
Rw
第四章 流量检测(容积式、速度式、质量式测量技术))
第二节 速度式流量测量方法
2 工作原理
2)工作原理： （1）在仪表中装一旋转叶轮，流体流过时，推动 涡轮旋转，涡轮的转速与流速成正比。 （2）涡轮转动时，涡轮上导磁的叶片顺次接近管 壁上的线圈，改变线圈磁回路的磁阻，使线圈 磁通量发生变化，产生与流量成正比的脉冲信 号。 （3）将此脉冲转换成电流信号给出瞬时流量信 号，累积得到累计流量，这种将转速转换成脉 冲信号的方法叫磁阻法。
b 实际上，涡轮流量计出厂时，ζ值由 厂家根据适用的流体标定给出。
第二节 速度式流量测量方法
4 涡流流量计使用的注意事项 注意：1）仪表允许的使用特性在曲线的平直部 分。 ζ的线性度±0.5% ，复现性±0.1% 。 2）仪表前后要有直管段。前15D，后5D。 防止 管内流速分布不均匀的影响。。 3）仪表前加滤网，防止杂质进入。使用时不超 过规定的最高工作温度，压力和转速。水平安 装，加逆止阀。
1 椭圆齿轮流量计：齿轮旋转，每转一周，排出 四份齿轮和仪表壳体之间形成的月牙空腔容积 的液体。因此只有测出齿轮的转速就能知道流 体的容积流量。 2 腰轮流量计：通过壳体外轴上的一对啮合齿轮 带动两腰轮，排出流量。可用来测液体，气体。 3 刮板式流量计：转子带动刮板在凸轮外缘滚动， 转子每转一周就有计量容积液体排出。 4 湿式流量计用于实验式气体容积流量测量。气 体从水面下中心位置气体入口进入，推动转翼 转动，从气体出口排出。
第一节 容积式流量测量方法 六、容积式流量计使用时注意
1）容积式流量计使用时要加滤网，仪表处加旁路， 便于清扫。 2）被测液体混有气体时，要加装气体分离装置。 3）注意被测流体的温度。
第二节 速度式流量测量方法
一 工作原理：直接测量管道内流体的速度测流量。 如测得是平均流速v ，则容积流量 qv v A ， 如测得是某点流速v，则体积流量 qv KvA ， K为平均流速与被测点流速的比值。 1）注意事项：因使用平均流速，故其测量结果 的准确度不仅与仪表本身有关，而且与截面上 的流速分布情况有关。因此在测量仪表前后有 足够长的直管段或加装整流器。 2）要充分了解被测流体的速度分布。
流速和流量的测定
转子形状的选择着眼于促使边界层脱体,以便在较小Re时 即出现高度湍流,使CR为一常数。 当转子流量计的结构与被测流体均已定的条件下，转子流 量计的永久阻力损失不随流量而变，因而转子流量计常用 于流量范围较宽的场合。
优点：读取流量方便，测量精度高，能量损失很小，测量 范围宽，可用于腐蚀性流体的测量，流量计前后无须保留 稳定段。 缺点：流量计管壁大多为玻璃制品，不能经受高温和高压， 一般不能超过120℃和392~490kPa，在安装使用过程中也容 易破碎，且要求垂直安装。
qv1
qv2
转子流量计
P V f g( f ) Af
当用固定的转子流量计测量某流体的流量时，式中Vf 、 Af 、f 、均为定值，所以Δp亦为恒定，与流量大小无关 当转子稳定于某位置时，环隙面积为固定值，因此， 流体流经环隙的流量与压力差的关系可借流体通过孔板 流量计锐孔的情形进行描述，即
毕托管与点速度
2 R( ) g
umax
例1-19解题思路
u qm u Re max umax umax
2 gR
0
T0 P T P0
孔板流量计
利用孔板两侧压力差测定流体的流量
分析处理方法：
1.按=0处理 2.考虑≠0的情况 3.考虑取压方法的影响
2
d0
A0
A1
d 1 0.3 0.15 0.082m
A0
4
d0 0.785 0.0822 0.00528m 2
2
由式（1-71a）可求得最大流量的压差计读数Rmax为
Rmax q v max
2
2 2 C0 A0 2 g
优点：读取流量方便，测量精度高，能量损失很小，测量 范围宽，可用于腐蚀性流体的测量，流量计前后无须保留 稳定段。 缺点：流量计管壁大多为玻璃制品，不能经受高温和高压， 一般不能超过120℃和392~490kPa，在安装使用过程中也容 易破碎，且要求垂直安装。
qv1
qv2
转子流量计
P V f g( f ) Af
当用固定的转子流量计测量某流体的流量时，式中Vf 、 Af 、f 、均为定值，所以Δp亦为恒定，与流量大小无关 当转子稳定于某位置时，环隙面积为固定值，因此， 流体流经环隙的流量与压力差的关系可借流体通过孔板 流量计锐孔的情形进行描述，即
毕托管与点速度
2 R( ) g
umax
例1-19解题思路
u qm u Re max umax umax
2 gR
0
T0 P T P0
孔板流量计
利用孔板两侧压力差测定流体的流量
分析处理方法：
1.按=0处理 2.考虑≠0的情况 3.考虑取压方法的影响
2
d0
A0
A1
d 1 0.3 0.15 0.082m
A0
4
d0 0.785 0.0822 0.00528m 2
2
由式（1-71a）可求得最大流量的压差计读数Rmax为
Rmax q v max
2
2 2 C0 A0 2 g
热工测量与实验技术 第一篇 第四章
［例］已知某节流装置最大流量100T/h时，产生 的差压为40kPa。试求差压计在10kPa、20kPa、 30kPa时，流经节流装置的流量分别为多少T/h？ 解：qM=100T/h，ΔpM=40kPa，应用上式可得： Δpx=10kPa时，q10=50.0 T/h Δpx=20kPa时，q20=70.7 T/h Δpx=30kPa时，q30=86.6 T/h 由上可见，当差压Δpx按正比增加时，流量按平 方根增加，故差压计面板上流量刻度是不等距分 布的。
4
对质量流量有
qM
4
d ' v2
2
d' 4 1 D
d'
2
2 p1 ' p2 '
考虑下列情况： ①用实际差压Δp=p+-p-代替上式中p1’-p2’ ②用节流件实际开孔尺寸d代替上式中d’ ③用计算直径比β=d/D代替上式中的d’/D ④流体流动中存在摩擦、涡流、流体粘度等流动 损失 引入一流出系数C加以修正，则上式改写为
由连续性方程得
d' 2 v1 v2 D
2
4
由伯努利方程得
d ' 4 p1 ' p2 ' v v v 1 2 2 D
2 2 2 2 2 2
即
v2
1 d' 1 D
1
4
2 p1 ' p2 '
第四章 流量测量
§4-1 概述 流量是生产过程中必须测量和控制的参数 之一。它表征着运行设备负荷高低、工作 状况和生产效率等运行情况。因此连续监 视流体的流量对热力设备的安全、经济运 行及能源管理有着重要意义。
流速和流量的测量
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22u gZ p gZ p B B A A =--+ρρ由于Z A 几乎等于Z B ，则()ρ/2B A p p u -= （1-61） 用U 型压差计指示液液面差R 表示，则式1-61可写为：()ρρρ/'2g R u -= （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/m 3；R ——U 型压差计指示液液面差，m ； g ——重力加速度，m/s 2。
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u max ，然后根据平均流速与最大流速的关系（u/ u max ~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。
流速与流量的测量原理
流速与流量的测量原理流速和流量是涉及到流体力学的两个重要概念。
流速是指流体单位时间内通过某一截面的体积，并且与流体的运动状态有关；流量是指单位时间内通过某一截面的流体的体积，与流体通过某一截面的面积及流速有关。
流速和流量的测量原理有多种方法，下面将分别介绍。
一、流速的测量原理：1. 流速的测量原理之一是通过测量流体通过某一截面的时间和所通过的距离来计算流速。
具体操作是在流体管道中选择一个测量段，然后分别在测量段的上游和下游设置一个测量点。
通过在测量段内的两个测量点上分别放置两个计时器，当流体通过上游测量点时开始计时，当流体通过下游测量点时停止计时。
通过测量流体通过两个测量点之间的距离，可以得到流体通过测量段所需的时间。
根据流速的定义，可以使用以下公式计算流速：流速= 流体通过的距离÷流体通过的时间2. 流速的测量原理之二是通过测量流体通过某一截面的压力差来计算流速。
这种测量方法主要是基于伯努利方程，根据伯努利方程，流体的压力和速度之间存在一定的关系。
通过在流体管道的上下游设置两个压力传感器，可以测量流体通过这两个位置的压力差。
根据伯努利方程，可以使用以下公式计算流速：流速= √（2 ×压力差÷流体的密度）二、流量的测量原理：1. 流量的测量原理之一是通过测量流体通过某一截面的时间来计算流量。
这种方法主要适用于液体的流量测量。
具体操作是在流体管道中选择一个测量段，然后分别在测量段的上游和下游设置一个测量点。
通过在测量段内的两个测量点上分别放置两个计时器，当液体通过上游测量点时开始计时，当液体通过下游测量点时停止计时。
流体通过测量段所需的时间与流量有关，可以使用以下公式计算流量：流量= 流速×流体通过的面积2. 流量的测量原理之二是通过测量流体通过某一截面的流速来计算流量。
这种方法主要适用于气体的流量测量。
具体操作是在流体管道的截面上安装一个流速传感器，用于测量流体通过该截面的流速。
热工测试技术第4章8910节
热工测试技术的定义
热工测试技术
是一种研究物质热物理性质及其变化 规律，以及测量热工参数和热量传递 过程的技术。
热工参数
包括温度、压力、流量、热量等，是 描述物质热物理状态和热量传递过程 的基本物理量。
热工测试技术的分类
接触式测量
通过测量元件与被测对象直接接触， 达到热平衡后进行测量，如热电偶、 热电阻等温度传感器。
市场机遇
能源与环保领域
热工测试技术在能源利 用和环境保护领域具有 广泛应用前景，如能源 效率评估、污染物排放 监测等。
高端装备制造
高精度热工测试技术是 高端装备制造的重要保 障，如航空航天、汽车、 电力等领域。
新兴产业
随着新材料、新能源等 新兴产业的快速发展， 热工测试技术将迎来新 的市场机遇。
发展前景
PART 01
引言
目的和背景
阐述热工测试技术的重要性和应用领域
热工测试技术是研究物质热物理性质及其变化规律的科学，广泛应用于能源、化 工、材料、航空航天等领域。
引出本章将要介绍的内容
本章将介绍热工测试技术中的基本概念、原面的内容。
章节概述
测试系统网络化
实现测试系统的网络化、信息化，实现数据共享和协同工作。
PART 06
热工测试技术挑战与机遇
技术挑战
传感器精度与稳定性
提高传感器测量精度和长期稳定性，是热工测试技术面临的关键技 术挑战。
多参数同步测量
实现多参数、多维度的同步测量，以满足复杂热工过程的全面监测 需求。
数据处理与分析
发展高效、准确的数据处理和分析方法，提取有用信息并指导热工过 程优化。
智能化发展
结合人工智能、大数据等技术，实现热工测试技术的智能化发展，提高测试效率和准确性 。
流速和流量测量的基本原理及特点
30
31
32
33
34
❖ 4.标准节流装置的流体条件 ❖ ① 流体必须充满管道内部，并连续流动； ❖ ②流体在物理上和热力学上是单相的，
流经测量元件时不发生相变； ❖ ③流体的速度一般在音速以下。 ❖ ④流体流经节流件前后流束平行于管道
8
❖ 应当指出，无论哪一种流 量计，都有一定的适用范 围，对流利的特性以及管 道条件都有特定的要求。 目前生产的容积法和速度 法流量计，都要求满足下 列条件：
❖ ① 流体必须充满管道内 部，并连续流动；
❖ ②流体在物理上和热力学 上是单相的，流经测量元 件时不发生相变；
❖ ③流体的速度一般在音速 以下。
2（p1p2)
条件下的流量。
❖ 其中α= C2 C124 称为流量系数 （国际上多用流出系数C代替）
❖ 1） 可压缩流体的流量方程
❖ 令ε≤1，则可压缩流体的流量方程为
qm
C d 2 1 4 4
2（p1 p2 )
qv
C d 2 1 4 4
2（p1 p2 )
C E
E为渐进速度系数，
E 1 1 4
18
v2
1
C2C124
2(p1' p2 ' )
流出系数定义为 实际流量与理论 流量值之比值。
❖
又根据取压位置不同设
p1' p1
p
' 2
p2
最后得出
qm
d2
C2C124 4
2（p1p2)
理论流量计在：
吴能量损失、平 均速度可代替瞬 时速度、d’=d μ=1、及 ψ=1的
d2
4
2（p1p2)
C d2 14 4
（当温度计套管直径＜时）或20D（当温度计套管在之间时）。一般应尽 可能把温度计装于节流件之后，此时要求它与节流件的距离大于5D。 ❖ （3）如果使用的节流件上游侧的阻力件形式没有包括在表内，或要求的 三个直管段长度有一个小于括号内的值，则整套节流装置需单独标定。
31
32
33
34
❖ 4.标准节流装置的流体条件 ❖ ① 流体必须充满管道内部，并连续流动； ❖ ②流体在物理上和热力学上是单相的，
流经测量元件时不发生相变； ❖ ③流体的速度一般在音速以下。 ❖ ④流体流经节流件前后流束平行于管道
8
❖ 应当指出，无论哪一种流 量计，都有一定的适用范 围，对流利的特性以及管 道条件都有特定的要求。 目前生产的容积法和速度 法流量计，都要求满足下 列条件：
❖ ① 流体必须充满管道内 部，并连续流动；
❖ ②流体在物理上和热力学 上是单相的，流经测量元 件时不发生相变；
❖ ③流体的速度一般在音速 以下。
2（p1p2)
条件下的流量。
❖ 其中α= C2 C124 称为流量系数 （国际上多用流出系数C代替）
❖ 1） 可压缩流体的流量方程
❖ 令ε≤1，则可压缩流体的流量方程为
qm
C d 2 1 4 4
2（p1 p2 )
qv
C d 2 1 4 4
2（p1 p2 )
C E
E为渐进速度系数，
E 1 1 4
18
v2
1
C2C124
2(p1' p2 ' )
流出系数定义为 实际流量与理论 流量值之比值。
❖
又根据取压位置不同设
p1' p1
p
' 2
p2
最后得出
qm
d2
C2C124 4
2（p1p2)
理论流量计在：
吴能量损失、平 均速度可代替瞬 时速度、d’=d μ=1、及 ψ=1的
d2
4
2（p1p2)
C d2 14 4
（当温度计套管直径＜时）或20D（当温度计套管在之间时）。一般应尽 可能把温度计装于节流件之后，此时要求它与节流件的距离大于5D。 ❖ （3）如果使用的节流件上游侧的阻力件形式没有包括在表内，或要求的 三个直管段长度有一个小于括号内的值，则整套节流装置需单独标定。
热工测试技术流速和流量的测量详解
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。
44
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。
45
第5节 流量测量
1．流量：单位时间内流过流体的量，亦称瞬时 流量。
2．总流量：在一段时间内流过流体量的总和， 也可用在这段时间内对瞬时流量的积分。
3．平均流量：总流量除以得到总流量的时间间 隔称该段时间内的平均流量。
3．容积式流量计：流量计在被测流体的推动下，将流体一 份份封闭在测量腔体内，并一份份推送出去，根据单位 时间内推送出去的体积数实现流速的测量。
4．其他类型流量计：电磁流量计、涡街流量计、超声波流 量计、质量流量计等。
54
第6节 节流压差式流量计
1-节流元件 2-引压管路 3-三阀组 4-差压计
节流式流量计组成与实物图
55
第6节 节流压差式流量计
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
56
常用的节流装置
57
1、测量原理及流量方程
选定两个截面，I—I是节流装置前 流体开始受节流装置影响的截面； II-II是流束经过节流装置后收缩最 厉害的流束截面，由伯努利方程 式得
v12 p1' v2'2 p2'
2g 2g
由连续性方程：
S1v1 S2v2'
节流元件附近流速和压力分布情况
S2 S0
称为流束的收缩系数，其大小与节流装置的类型有关 58
1、测量原理及流量方程
v1
v2
S0 S1
mv '2
v2 '
1
系到国计民生。
44
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。
45
第5节 流量测量
1．流量：单位时间内流过流体的量，亦称瞬时 流量。
2．总流量：在一段时间内流过流体量的总和， 也可用在这段时间内对瞬时流量的积分。
3．平均流量：总流量除以得到总流量的时间间 隔称该段时间内的平均流量。
3．容积式流量计：流量计在被测流体的推动下，将流体一 份份封闭在测量腔体内，并一份份推送出去，根据单位 时间内推送出去的体积数实现流速的测量。
4．其他类型流量计：电磁流量计、涡街流量计、超声波流 量计、质量流量计等。
54
第6节 节流压差式流量计
1-节流元件 2-引压管路 3-三阀组 4-差压计
节流式流量计组成与实物图
55
第6节 节流压差式流量计
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
56
常用的节流装置
57
1、测量原理及流量方程
选定两个截面，I—I是节流装置前 流体开始受节流装置影响的截面； II-II是流束经过节流装置后收缩最 厉害的流束截面，由伯努利方程 式得
v12 p1' v2'2 p2'
2g 2g
由连续性方程：
S1v1 S2v2'
节流元件附近流速和压力分布情况
S2 S0
称为流束的收缩系数，其大小与节流装置的类型有关 58
1、测量原理及流量方程
v1
v2
S0 S1
mv '2
v2 '
1
热工计量技术-04流量测量
热工计量技术
主 讲： 孙 在 Email: sunzai@
2012年
第四章 流量测量技术
§4–1 概述 §4–2 节流式差压流量计 §4–3 速度式流量计 §4-4 容积式流量计 §4-5 §4-6
2
质量式流量计 两相流量测量
4.1 流量测量概述
流量
流体的物理性质与管流的基础知识
产生的能量损失。
25
三 流量测量方法
目前，已使用的流量计有100多种。这些方法均可归结
为容积法、速度法、质量流量法、差压法等。
1、差压法： 利用伯努利方程原理，通过测量流体差压信号得到流 量的测量方法。
26
2．容积法
相当于一个标准容器连续不断地对流体进行度量，单位时 间内，度量的次数越多，说明流量越大。
u层流 0.5umax u湍流 2n 2 umax n 1 2n 1)
22
7. 流体流动的连续性方程和伯努利方程 (1)连续性方程
任取一管段，设截面Ⅰ、截面Ⅱ处的面积、流体密度
和截面上流体的平均流速分别为A1、1 、u1和A2、2 、u2。
1u1 A1 2u2 A2
u x —距管中心距离 rx 处的流速；
umax —管中心处最大流速；
rx —距管中心径向距离；
R
19
—管内半径。
当管内流体为紊流状态时，沿半径方向上的流速
分布为：
rx u x umax 1 R
1/ n
n—随流体雷诺数不同而变化的系数
20
雷诺数与n的关系
Re D
104
24
(2) 实际流体的伯努利方程
实际流体具有粘性，在流动过程中要克服流体与管壁
主 讲： 孙 在 Email: sunzai@
2012年
第四章 流量测量技术
§4–1 概述 §4–2 节流式差压流量计 §4–3 速度式流量计 §4-4 容积式流量计 §4-5 §4-6
2
质量式流量计 两相流量测量
4.1 流量测量概述
流量
流体的物理性质与管流的基础知识
产生的能量损失。
25
三 流量测量方法
目前，已使用的流量计有100多种。这些方法均可归结
为容积法、速度法、质量流量法、差压法等。
1、差压法： 利用伯努利方程原理，通过测量流体差压信号得到流 量的测量方法。
26
2．容积法
相当于一个标准容器连续不断地对流体进行度量，单位时 间内，度量的次数越多，说明流量越大。
u层流 0.5umax u湍流 2n 2 umax n 1 2n 1)
22
7. 流体流动的连续性方程和伯努利方程 (1)连续性方程
任取一管段，设截面Ⅰ、截面Ⅱ处的面积、流体密度
和截面上流体的平均流速分别为A1、1 、u1和A2、2 、u2。
1u1 A1 2u2 A2
u x —距管中心距离 rx 处的流速；
umax —管中心处最大流速；
rx —距管中心径向距离；
R
19
—管内半径。
当管内流体为紊流状态时，沿半径方向上的流速
分布为：
rx u x umax 1 R
1/ n
n—随流体雷诺数不同而变化的系数
20
雷诺数与n的关系
Re D
104
24
(2) 实际流体的伯努利方程
实际流体具有粘性，在流动过程中要克服流体与管壁
2.4 流速与流量的测定
2
p2
u2 2
2
或
2 u2
u
2 1
2 ( p1 p 2 )
2 gR ( 0 )
考虑阻力损失，并以孔口流速u0代替缩脉处速度u2，则有：
2 u0
2 u1
C
2 gR ( 0 )
u1 S
0
又
S 1u 1 S 0 u 0
S1
u0
孔口流速：
u0 C0
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。
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。
1
d1S1u1
0
2
d0S0u0
1 .5
2 .5
柏努利方程应用中有关截面选在内 侧、外侧对方程中各项数值的影响
1
1′
2
2′ U2′, P2′, Z2′
U1, P1, Z1
U1′, P1′, Z1′
U2, P2, Z2
u
一、各截面上流速的选择 u1=0; u2′=0 依据：大截面处流速为零 u1′=u; u2=u 二、各截面上高度Z的取值 Z1=Z1′；Z2=Z2′
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；
p2
u2 2
2
或
2 u2
u
2 1
2 ( p1 p 2 )
2 gR ( 0 )
考虑阻力损失，并以孔口流速u0代替缩脉处速度u2，则有：
2 u0
2 u1
C
2 gR ( 0 )
u1 S
0
又
S 1u 1 S 0 u 0
S1
u0
孔口流速：
u0 C0
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。
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。
1
d1S1u1
0
2
d0S0u0
1 .5
2 .5
柏努利方程应用中有关截面选在内 侧、外侧对方程中各项数值的影响
1
1′
2
2′ U2′, P2′, Z2′
U1, P1, Z1
U1′, P1′, Z1′
U2, P2, Z2
u
一、各截面上流速的选择 u1=0; u2′=0 依据：大截面处流速为零 u1′=u; u2=u 二、各截面上高度Z的取值 Z1=Z1′；Z2=Z2′
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；
热工第4章 流量测量
设流经水平管道的流体为不可压缩性流体，并忽略流 动阻力损失，对截面1、2写出下列伯努利方程和流体的 连续性方程：
p1
2 v12 p 2 v 2 + = + ρ 2 ρ 2
π
4
D v1 ρ =
2
π
4
d v2 ρ
'2
流体流经截面2的体积流量为：
qv =
π
4
d '2 v2
教材75页公式 (4-7)与(4-8) 有误？
k—仪表常数，由实验标定
特点
1）精度较高（0.5%）； 2）测量范围宽,量程比大（qmax/qmin=6～10）； 3）惯性小，响应快（1～50ms）； 4）耐高压，压力损失小； 5）安装检修方便，耐腐蚀，适用流体多；
缺点
1）要求流体的清洁度高，不能夹杂物或固体颗粒； 2）不适于测量粘度过大的液体的流量。
四、超声波流量计
传播时间法：（时差法、相差法、频差法） 根据流体的流速不同，从而超声波传播的速度不 同来测量流速的。
多普勒法 利用流体中固体微粒或气泡对超 声波的散射所产生的多普勒频移来确 定流体速度
一体式标准管段式
手持式
便携式
特点
1）可安装在管道外壁上，实现不接触测量； 2）能用于任何液体，特别是具有高粘度、强腐蚀性、非导 电性、放射性流体的流量测量； 3）价格不会随管道口径变化，特别适合大口径管道的液体 流量测量。
缺点：
1）只能用于清洁液体和气体，不能测量悬浮颗粒和气泡超 过某一范围的液体，会影响声传播； 2）准确度不高，在2％左右；流体的声速是温度的函数， 流体的温度变化会引起测量误差；流速沿管道的分布情 况会影响测量结果，需要进行修正。
第四节 容积式流量测量
p1
2 v12 p 2 v 2 + = + ρ 2 ρ 2
π
4
D v1 ρ =
2
π
4
d v2 ρ
'2
流体流经截面2的体积流量为：
qv =
π
4
d '2 v2
教材75页公式 (4-7)与(4-8) 有误？
k—仪表常数，由实验标定
特点
1）精度较高（0.5%）； 2）测量范围宽,量程比大（qmax/qmin=6～10）； 3）惯性小，响应快（1～50ms）； 4）耐高压，压力损失小； 5）安装检修方便，耐腐蚀，适用流体多；
缺点
1）要求流体的清洁度高，不能夹杂物或固体颗粒； 2）不适于测量粘度过大的液体的流量。
四、超声波流量计
传播时间法：（时差法、相差法、频差法） 根据流体的流速不同，从而超声波传播的速度不 同来测量流速的。
多普勒法 利用流体中固体微粒或气泡对超 声波的散射所产生的多普勒频移来确 定流体速度
一体式标准管段式
手持式
便携式
特点
1）可安装在管道外壁上，实现不接触测量； 2）能用于任何液体，特别是具有高粘度、强腐蚀性、非导 电性、放射性流体的流量测量； 3）价格不会随管道口径变化，特别适合大口径管道的液体 流量测量。
缺点：
1）只能用于清洁液体和气体，不能测量悬浮颗粒和气泡超 过某一范围的液体，会影响声传播； 2）准确度不高，在2％左右；流体的声速是温度的函数， 流体的温度变化会引起测量误差；流速沿管道的分布情 况会影响测量结果，需要进行修正。
第四节 容积式流量测量
流体流速和流量测量
实验数据记录
大气温度t= 空气密度ρ= 试验段横截面积F= 实验数据记录表 （单位mmH2O）
测量点 次 项 数 1 h静 h全 2 h静 h全 3 h静 h全 4 h静 1 目 h全 2 3 4 5 6 7 8
实验分析
确定流量时，为什么要求平均流速？ 毕托管测流量时，应注意些什么？ 作实验时，为什么要在关闭风门的情况下启动风机？
总 静
ρ
毕托管测得的为某点的局部速度，为了测定截面上的平均 速度，必须将截面按面积均分若干份，测定各份的速度， 然后再求它们的算术平均值。
Hale Waihona Puke 实验装置实验设备包括：离心式风机、多管压力计、标准毕托管、 三维坐标架、流量测量试验段等。
试验段示意图：
实验步骤
试验段装在试验台上，测量时将风量调到一定值并保持不 变，调整坐标架，使毕托管依次移到各测量点（先确定各 测量点位置），并读数，列于数据表内，测完一组数据后， 再改变风门几次，测得不同风量所对应的数据。 注意：毕托管安装必须正对来流方向，离心式风机必须在 关闭风门的情况下才能启动。
实验二 流体流速和流量测量
实验目的
熟悉毕托管的工作原理、结构、使用方法 ； 学会使用毕托管测流速并计算流量 。
实验原理
流体流动时的能量，对于不可压缩的流体，三种能量静压 能、动压能、位压能之和为一个常数。本实验位压能很小， 可以忽略。因此，静压能和动压能之和为常数，称为总压 能，总压力和静压力通常用毕托管来测量，测量时，将毕 托管插入被测气流中，压力计上则反映出h总和h静。由毕托 2(h − h ) 管测量流速的计算式为： v=
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2
2 c1 2 c 1 ps K1 2 c c2 2 c2 1 ps K 2 2 c
2 c3 2 c c p3 ps 1 ps K3 2 c 2
第4章 流速和流量的测量
1
第4章 流速和流量的测量
掌握稳态流体速度的测量原理及方法； 掌握几种速度探针的原理及结构； 掌握热线风速仪及多普勒测速仪的原理及测量电路； 掌握速度方向的测量原理和几种方向探针的结构及 使用方法； 掌握流量测量原理和几种流量计的工作原理及结构。
2
第1节 流体速度大小的测量
31
第4节 热线风速仪
Rw R0 [1 (Tw T0 )]
2 Iw
(a ' b ' u n )(Tw T f ) R0 [1 tw t0 ]
a F a' d b Fd n 1 b' vn
32
第4节 热线风速仪
I 2 R0 1 Tw T0 a , (Tw T f ) u b, Tw T f
量计、质量流量计等。
54
第6节 节流压差式流量计
1-节流元件 2-引压管路 3-三阀组 4-差压计
节流式流量计组成与实物图
55
第6节 节流压差式流量计
文丘利管 文丘利管压力损 失最小，而孔板 压力损失最大。
喷嘴
孔板
56
常用的节流装置
57
1、测量原理及流量方程
选定两个截面，I—I是节流装置前 流体开始受节流装置影响的截面； II-II是流束经过节流装置后收缩最 厉害的流束截面，由伯努利方程 式得
所指示的压力相等时，两孔的对称中心就与流动方向一致。 这时相对于一定的 参考方向(初始位置)就可以决定流动方向 角。 （2）不对向测量——将两孔的对称轴固定在某一参 考方
向，测量两孔的压力差，根据校正曲线(两孔压差与流动方向
的关系)确定流体方向。
13
第2节 二维流场中流动方向的测量
L 型及 U 型探针
17
第2节 二维流场中流动方向的测量
球形三孔测速管构造
1-赤道面； 2-子午面； 3-三孔感压球形探头； 4-接管； 5-干管； 6-传压管； 7-分度盘； 8-指针； 9-锁紧螺钉； 10-键槽； 11-接嘴
18
第3节 三维流场中流动方向的测量
1、四孔圆柱探针
2, 3, 4——方向孔 1——总压孔
I→ v T
T →v 恒流型
恒温型
34
第4节 热线风速仪
35
36
第4节 热线风速仪
37
二．散热率法测量流速
38
39
40
第4节 热线风速仪
1－支架 2－电机 3－风机 4－闸板阀 5－皮托管 6－管线 7－旋风分离器 8－热线探头 9－热线风速仪 10－计算机系统
41
第4节 热线风速仪
23
第3节 三维流场中流动方向的测量
p3 p1 K3 K1 p0 ps p2 p4 K2 K4 p0 ps p2 ps K2 p0 ps
24
其他流速测量方法
一．机械法测量流速
1．种类：翼式、杯式
适用范围： 以前：风速范围为15—20m/s以内，只能测量流速的平均值， 不能测量脉动流。通过机械仪表用指针指示。 目前：测速范围为0.25—30m/s，并且可测量流速的瞬时值。 25 可将叶轮的转速转换成电信号。
p2 ps K0 c 2
2
p1 ps K1 c 2
2
p2 p1 K0 K1 c 2
2
c
2 p2 p1 K 0 K1
16
第2节 二维流场中流动方向的测量
（a）球形 （b）尖劈形 （c）普通圆柱形 （d）发散圆柱形 （e）聚合圆柱形
流量。
2．总流量：在一段时间内流过流体量的总和， 也可用在这段时间内对瞬时流量的积分。 3．平均流量：总流量除以得到总流量的时间间 隔称该段时间内的平均流量。
46
表达方式
qm—质量流量 kg/s qw—重量流量 kgf/s
qv—体积流量 m3/s
转换关系：
qm
qw q v g
•标准体积流量：温度为20℃，压力为一标 准大气压测得的体积流量为标准体积流量。
不易堵塞。 （a）吸气式 （b）遮板式 （c）靠背式
7
第1节 流体速度大小的测量
例：如图所示，在皮托管上连
接酒精比压计，测定风管中的 某点风速，已知微压计斜管的 倾角为30度，l=50mm，酒精 密度为800kg/m3，空气密度为
1.255kg/m3，标定系数为1.0，
试求管内该点的风速。
8
第1节 流体速度大小的测量
1 n
I 2 R0 1 Tw T f T f T0 a , (Tw T f ) u b, Tw T f
1 n
33
第4节 热线风速仪
u f I , Tw
测量方法：恒电流法、恒温法
I 都需要对流 体温度值进 行修正
4 4 Ma 2 2 k Ma , 0.2% 4 24
10
第2节 二维流场中流动方向的测量
1、测量原理：
基于流体对物体绕流时，物体表面的压力
分布与流动方向有确定关系
p1 p2
11
第2节 二维流场中流动方向的测量
（1）方向孔最佳位置的确定：必须满足该点的压力对于气
V
国际标准中称 皮托管标定系数
2p c0
英国标准中称 c0 皮托管标定系数 我国两种标准都用。
5
第1节 流体速度大小的测量
笛形皮托管
6
测量高含尘量气流的皮托管
•吸气式皮托管主
要用于高含尘量
的负压管道气流 压力的测量；
•遮板式是依靠遮
板来阻止灰尘直 接进入测量管； •靠背式是因为测 压管孔径较大而
v12 p1' v2 '2 p2 ' 2g 2g 由连续性方程： S1v1 S2v2 '
杯式
翼式
2.测量原理
空气通过转杯时，推动叶片转动。根据 叶片的角位移推算流过的空气量
26
27
AVM-03风速计
风速计
檔位 M/S KNOTS
测量范围 0.3-45.0 0.6-88.0
分辨率 0.1 0.1
误差 ± 3% or 0.1 位 ± 3% or 0.1 位
ft/min
Km/hr 温度(AVM-03) 温度(AVM-03) ℃ ℉
流方向角的变化率为最大，即
dP d maximum
（2）方向探针的灵敏度
2P d c 2 n d
P P P2 1
12
第2节 二维流场中流动方向的测量
2、测量方法 方向测量通常有两种方法：对向测量和不对向测量。
（1）对向测量——使探针绕其本身的轴转动 ，当两测孔
v
v2
ρ2
49
第5节 流量测量
伯努利方程
势能
动能
压力能
+
流体能
v p1 v2 p2 gh1 gh2 2 1 2 2
2 1
2
50
流量计分类
总量 流量计 瞬时 流量计 体积 流量计 容积式 速度式 压差式 流体阻力式 测速式 流体振动式
质量 流量计
51
52
53
流量计分类
c4 2 c c2 p4 ps 1 ps K 4 2 c 2
2
22
第3节 三维流场中流动方向的测量
p3 p1 K3 K1 p3 p1 K3 Kபைடு நூலகம்
c
2
2
c2
2
p3 p1 K p2 p4
19
第3节 三维流场中流动方向的测量
2、五孔球形探针
20
第3节 三维流场中流动方向的测量
3 ci c sin i 2 pi ps 9 2 Kp 1 sin i 2 c 2 4
21
第3节 三维流场中流动方向的测量
p1 ps p2 ps
c
2
2
c2
2
热线电流和流体速度的关系，这也就是等 温法的原理。
29
第4节 热线风速仪
Q QR Q F (Tw T f ) QR I Rw
2 w
Nu d n Nu a b Re
30
第4节 热线风速仪
I Rw (a ' b ' u )(Tw T f )
2 w n
a F a' d n 1 b Fd b' n v
2、可压缩性对气流速度测量的影响
在高速气流中必须考虑影响气体密度的压力绝对值，因为气流速度的变化会
引起压力变化。可压缩气流的速度V不是由压差确定而是由压力比决定，因 此在测量气流速度时，要分别测出气流的总压及静压。
式中，k是气体的等熵指数，对于空气，k=1.4。
最后得到考虑可压缩性时，气流速度的公式为
1、速度探针 测量原理：跟据不可压缩流体中柏努利方程：
V
2( p0 ps )
因此只要测出流体的总压，静压以及流体的密度就
可用上式求出流体的速度。
3
第1节 流体速度大小的测量
L形皮托管
（a）带半球形头部的标准皮托管
（b）带锥形头部的皮托管
4
第1节 流体速度大小的测量
2 c1 2 c 1 ps K1 2 c c2 2 c2 1 ps K 2 2 c
2 c3 2 c c p3 ps 1 ps K3 2 c 2
第4章 流速和流量的测量
1
第4章 流速和流量的测量
掌握稳态流体速度的测量原理及方法； 掌握几种速度探针的原理及结构； 掌握热线风速仪及多普勒测速仪的原理及测量电路； 掌握速度方向的测量原理和几种方向探针的结构及 使用方法； 掌握流量测量原理和几种流量计的工作原理及结构。
2
第1节 流体速度大小的测量
31
第4节 热线风速仪
Rw R0 [1 (Tw T0 )]
2 Iw
(a ' b ' u n )(Tw T f ) R0 [1 tw t0 ]
a F a' d b Fd n 1 b' vn
32
第4节 热线风速仪
I 2 R0 1 Tw T0 a , (Tw T f ) u b, Tw T f
量计、质量流量计等。
54
第6节 节流压差式流量计
1-节流元件 2-引压管路 3-三阀组 4-差压计
节流式流量计组成与实物图
55
第6节 节流压差式流量计
文丘利管 文丘利管压力损 失最小，而孔板 压力损失最大。
喷嘴
孔板
56
常用的节流装置
57
1、测量原理及流量方程
选定两个截面，I—I是节流装置前 流体开始受节流装置影响的截面； II-II是流束经过节流装置后收缩最 厉害的流束截面，由伯努利方程 式得
所指示的压力相等时，两孔的对称中心就与流动方向一致。 这时相对于一定的 参考方向(初始位置)就可以决定流动方向 角。 （2）不对向测量——将两孔的对称轴固定在某一参 考方
向，测量两孔的压力差，根据校正曲线(两孔压差与流动方向
的关系)确定流体方向。
13
第2节 二维流场中流动方向的测量
L 型及 U 型探针
17
第2节 二维流场中流动方向的测量
球形三孔测速管构造
1-赤道面； 2-子午面； 3-三孔感压球形探头； 4-接管； 5-干管； 6-传压管； 7-分度盘； 8-指针； 9-锁紧螺钉； 10-键槽； 11-接嘴
18
第3节 三维流场中流动方向的测量
1、四孔圆柱探针
2, 3, 4——方向孔 1——总压孔
I→ v T
T →v 恒流型
恒温型
34
第4节 热线风速仪
35
36
第4节 热线风速仪
37
二．散热率法测量流速
38
39
40
第4节 热线风速仪
1－支架 2－电机 3－风机 4－闸板阀 5－皮托管 6－管线 7－旋风分离器 8－热线探头 9－热线风速仪 10－计算机系统
41
第4节 热线风速仪
23
第3节 三维流场中流动方向的测量
p3 p1 K3 K1 p0 ps p2 p4 K2 K4 p0 ps p2 ps K2 p0 ps
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其他流速测量方法
一．机械法测量流速
1．种类：翼式、杯式
适用范围： 以前：风速范围为15—20m/s以内，只能测量流速的平均值， 不能测量脉动流。通过机械仪表用指针指示。 目前：测速范围为0.25—30m/s，并且可测量流速的瞬时值。 25 可将叶轮的转速转换成电信号。
p2 ps K0 c 2
2
p1 ps K1 c 2
2
p2 p1 K0 K1 c 2
2
c
2 p2 p1 K 0 K1
16
第2节 二维流场中流动方向的测量
（a）球形 （b）尖劈形 （c）普通圆柱形 （d）发散圆柱形 （e）聚合圆柱形
流量。
2．总流量：在一段时间内流过流体量的总和， 也可用在这段时间内对瞬时流量的积分。 3．平均流量：总流量除以得到总流量的时间间 隔称该段时间内的平均流量。
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表达方式
qm—质量流量 kg/s qw—重量流量 kgf/s
qv—体积流量 m3/s
转换关系：
qm
qw q v g
•标准体积流量：温度为20℃，压力为一标 准大气压测得的体积流量为标准体积流量。
不易堵塞。 （a）吸气式 （b）遮板式 （c）靠背式
7
第1节 流体速度大小的测量
例：如图所示，在皮托管上连
接酒精比压计，测定风管中的 某点风速，已知微压计斜管的 倾角为30度，l=50mm，酒精 密度为800kg/m3，空气密度为
1.255kg/m3，标定系数为1.0，
试求管内该点的风速。
8
第1节 流体速度大小的测量
1 n
I 2 R0 1 Tw T f T f T0 a , (Tw T f ) u b, Tw T f
1 n
33
第4节 热线风速仪
u f I , Tw
测量方法：恒电流法、恒温法
I 都需要对流 体温度值进 行修正
4 4 Ma 2 2 k Ma , 0.2% 4 24
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第2节 二维流场中流动方向的测量
1、测量原理：
基于流体对物体绕流时，物体表面的压力
分布与流动方向有确定关系
p1 p2
11
第2节 二维流场中流动方向的测量
（1）方向孔最佳位置的确定：必须满足该点的压力对于气
V
国际标准中称 皮托管标定系数
2p c0
英国标准中称 c0 皮托管标定系数 我国两种标准都用。
5
第1节 流体速度大小的测量
笛形皮托管
6
测量高含尘量气流的皮托管
•吸气式皮托管主
要用于高含尘量
的负压管道气流 压力的测量；
•遮板式是依靠遮
板来阻止灰尘直 接进入测量管； •靠背式是因为测 压管孔径较大而
v12 p1' v2 '2 p2 ' 2g 2g 由连续性方程： S1v1 S2v2 '
杯式
翼式
2.测量原理
空气通过转杯时，推动叶片转动。根据 叶片的角位移推算流过的空气量
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AVM-03风速计
风速计
檔位 M/S KNOTS
测量范围 0.3-45.0 0.6-88.0
分辨率 0.1 0.1
误差 ± 3% or 0.1 位 ± 3% or 0.1 位
ft/min
Km/hr 温度(AVM-03) 温度(AVM-03) ℃ ℉
流方向角的变化率为最大，即
dP d maximum
（2）方向探针的灵敏度
2P d c 2 n d
P P P2 1
12
第2节 二维流场中流动方向的测量
2、测量方法 方向测量通常有两种方法：对向测量和不对向测量。
（1）对向测量——使探针绕其本身的轴转动 ，当两测孔
v
v2
ρ2
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第5节 流量测量
伯努利方程
势能
动能
压力能
+
流体能
v p1 v2 p2 gh1 gh2 2 1 2 2
2 1
2
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流量计分类
总量 流量计 瞬时 流量计 体积 流量计 容积式 速度式 压差式 流体阻力式 测速式 流体振动式
质量 流量计
51
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53
流量计分类
c4 2 c c2 p4 ps 1 ps K 4 2 c 2
2
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第3节 三维流场中流动方向的测量
p3 p1 K3 K1 p3 p1 K3 Kபைடு நூலகம்
c
2
2
c2
2
p3 p1 K p2 p4
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第3节 三维流场中流动方向的测量
2、五孔球形探针
20
第3节 三维流场中流动方向的测量
3 ci c sin i 2 pi ps 9 2 Kp 1 sin i 2 c 2 4
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第3节 三维流场中流动方向的测量
p1 ps p2 ps
c
2
2
c2
2
热线电流和流体速度的关系，这也就是等 温法的原理。
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第4节 热线风速仪
Q QR Q F (Tw T f ) QR I Rw
2 w
Nu d n Nu a b Re
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第4节 热线风速仪
I Rw (a ' b ' u )(Tw T f )
2 w n
a F a' d n 1 b Fd b' n v
2、可压缩性对气流速度测量的影响
在高速气流中必须考虑影响气体密度的压力绝对值，因为气流速度的变化会
引起压力变化。可压缩气流的速度V不是由压差确定而是由压力比决定，因 此在测量气流速度时，要分别测出气流的总压及静压。
式中，k是气体的等熵指数，对于空气，k=1.4。
最后得到考虑可压缩性时，气流速度的公式为
1、速度探针 测量原理：跟据不可压缩流体中柏努利方程：
V
2( p0 ps )
因此只要测出流体的总压，静压以及流体的密度就
可用上式求出流体的速度。
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第1节 流体速度大小的测量
L形皮托管
（a）带半球形头部的标准皮托管
（b）带锥形头部的皮托管
4
第1节 流体速度大小的测量