1.6流速和流量的测定(精)
《化工原理》教学大纲
《化工原理》教学大纲Principles of Chemical Engineering课程编码：27A22301 学分： 5.5 课程类别：专业基础课计划学时：104 其中讲课：72 实验或实践：32适用专业：制药工程推荐教材：陈敏恒，潘鹤林，齐敏斋，《化工原理》（少学时），华东理工大学出版社，2013年参考书目：1. 蒋维钧，戴猷元，顾惠君编著.《化工原理》（第二版），清华大学出版社，2003年2. 姚玉英主编.《化工原理》（第一版），天津科学技术出版社，1993年3. 丛德滋，丛梅，方图南，《化工原理详解与应用》，化学工业出版社，2002年课程的教学目的与任务《化工原理》是制药工程专业一门重要的专业基础课，它的内容是讲述化工单元操作的基本原理、典型设备的结构原理、操作性能和设计计算。
化工单元操作是组成各种化工生产过程、完成一定加工目的的基本过程，其特点是化工生产过程中以物理为主的操作过程，包括流体流动过程、传热过程和传质过程。
化工原理课程的目的是使学生获得常见化工单元操作过程及设备的基础知识、基本理论和基本计算能力，并受到必要的基本操作技能训练。
为学生学习后续专业课程和将来从事工程技术工作，实施常规工艺、常规管理和常规业务打好基础。
课程的基本要求基本要求如下：1）能正确理解各单元操作的基本原理；了解典型设备的构造、性能和操作原理，并具有设备选型及校核的基本知识。
2）熟悉主要单元操作过程及设备的基本计算方法；掌握基本计算公式的物理意义、应用方法和适用范围；具有查阅和使用常用工程计算图表、手册、资料的能力。
3）熟悉常见化工单元操作要领。
4）具有选择适宜操作条件、探索强化过程途径和提高设备效能的初步能力；具有运用工程技术观点分析和解决化工单元操作一般问题的初步能力。
各章节授课内容、教学方法及学时分配建议（含课内实验）绪论建议学时：2[教学目的与要求] 了解《化工原理》课程的性质和学习要求。
[教学重点与难点] 化工原理课程中三大单元操作的分类和过程速率的重要概念的内涵；使学生通过对课程性质的了解，把基础课程的学习思维逐步转移到对专业技术课程的学习上，在经济效益观点的指导下建立起"工程"观念。
化工原理第一章流体流动知识点总结
第一章流体流动一、流体静力学：压强，密度，静力学方程二、流体基本方程：流速流量，连续性方程，伯努利方程三、流体流动现象：牛顿粘性定律，雷诺数，速度分布四、摩擦阻力损失：直管，局部，总阻力，当量直径五、流量的测定：测速管，孔板流量计，文丘里流量计六、离心泵：概述，特性曲线，气蚀现象和安装高度8■绝对压力：以绝对真空为基准测得的压力。
■表压/真空度 ：以大气压为基准测得的压力。
表 压 = 绝对压力 － 大气压力真空度 = 大气压力 － 绝对压力1.1流体静力学1.流体压力/压强表示方法绝对压力绝对压力绝对真空表压真空度1p 2p 大气压标准大气压：1atm = 1.013×105Pa =760mmHg =10.33m H 2O112.流体的密度Vm =ρ①单组分密度),(T p f =ρ■液体：密度仅随温度变化（极高压力除外），其变化关系可从手册中查得。
■气体：当压力不太高、温度不太低时，可按理想气体状态方程计算注意：手册中查得的气体密度均为一定压力与温度下之值，若条件不同，则需进行换算。
②混合物的密度■ 混合气体：各组分在混合前后质量不变，则有nn 2111m φρφρφρρ+++= RTpM m m=ρnn 2211m y M y M y M M +++= ■混合液体：假设各组分在混合前后体积不变，则有nmn12121w w w ρρρρ=+++①表达式—重力场中对液柱进行受力分析：液柱处于静止时，上述三力的合力为零:■下端面所受总压力 A p P 22=方向向上■上端面所受总压力 A p P 11=方向向下■液柱的重力)(21z z gA G -=ρ方向向下p 0p 2p 1z 1z 2G3.流体静力学基本方程式g z p g z p 2211+=+ρρ能量形式)(2112z z g p p -+=ρ压力形式②讨论：■适用范围：适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体；■物理意义：在同一静止流体中，处在不同位置流体的位能和静压能各不相同，但二者可以转换，其总和保持不变。
化工原理(少学时)课件和辅导教程、考试重点例题复习题及课后答案1.6流速及流量的测量
p1
2 p0 u 0 u12 z1 g z0 g 2 2
p1 p 0 ( z 0 z1 ) g
2018/8/11
2
2 (u 0 u12 )
15
( p1 p 0 ) A f A f ( z 0 z1 ) g A f
CR相同,同刻度时
qv 2 qv1
1 ( f 2 ) 2 ( f 1 )
式中：1——标定流体；
2——被测流体。
气体转子流量计
qv 2 qv1
1 2
18
2018/8/11
三、安装及优缺点 （1）永远垂直安装，且下进、上出， 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破碎。
小结
2 u2 A2 （稳定流动） g z 1 z 2
2 u1 d 12 u 2 d 2 （圆管内） 2 u12 p1 u2 p2 he gz 2 hf 机械能衡算方程： gz1 2 2
u1 A1 u 2 A2 （不可压缩流体）
64 层流： l u h Re f 要求能够进行 阻力计算式： 直管 d 2 管路计算及分 湍流： f Re, d 2 析： 2 入 0 .5 u le u 简单管路 局部 h f 或hf 2 出 1 d 2
质量流量
qv u0 A0 C0 A0
qm C0 A0 2Rg ( 0 )
C0——流量系数（孔流系数） A0——孔面积。
2018/8/11 8
第六节 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。
已阅5-化工基础第一章(流速和流量的测量)
2010-5-27
校核Re: 管内的流速
u=
π
qV d12
=
π
4
0.0136 × 0.1252
= 1.1(m /s)
4
管道的Re:
Re =
d1ρu1
0.125×880×1.1 = = 1.81×105 > Re c 0.67 ×103
故假设正确,以上计算有效.苯在管路中的流量为:
qV=48.96 m3/h
A0 d0 2 75 = ( ) = ( )2 = 0.36 A d1 125 1
= 0.67 ×103 Pa s
设Re>ReC,由图1-35查得: C0 = 0.648 由公式可求得苯的体积流量:
Re c = 1.5×105
qV = C0 A0
2Rg(ρ0 ρ)
ρ
2× 0.08×9.81× (13600 880) = 0.648× 0.785× 0.075 880 = 0.0136(m3/s) = 48.96(m3/h)
或
2010-5-27
u u =
2 2 2 1
2p
ρ
对前式的校正: 对前式的校正: ①由于上式未考虑能量损失,实际上流体流经孔板的能量损 失不能忽略不计; ②同时两测压孔的位置也不一定在1-1′和2-2′截面上; ③另外,缩脉位置不定,A2 未知,但孔口面积A0 已知,为便 A A 于使用可用孔口速度u0替代缩脉处速度u2; 所以引入一校正系数C 来校正上述各因素的影响,则上式 变为:
2010-5-27
(4)测速管安装于管路中,装置头部和垂直引出部分都将对 管道内流体的流动产生影响,从而造成测量误差.因此,除 选好测点位置,尽量减少对流动的干扰外,一般应选取皮托 管的直径小于管径的1/50. (5)测速管对流体的阻力较小,适用于测量大直径管道中清 洁气体的流速,若流体中含有固体杂质时,易将测压孔堵塞 ,故不宜采用. (6)测速管的压差读数教小,常常需要放大或配微压计.
化工原理 第一章 流速和流量的测量
2Rg (0 )
0.648 0.785 0.0752 2 0.08 9.81 (13600 880) 880
0.0136(m3/s) 48.96(m3/h)
2020/7/10
校核Re： 管内的平均流速为：
u qV 0.0136 1.1(m/s)
4
d12
0.1252
4
管道的Re：
2020/7/10
0′ 1′
4、流量的测定 【原理】由于流量（qv）与环隙面积（AR）有关，在 圆锥形筒与浮子的尺寸固定时，环隙面积AR决定于 浮子在筒内的位置，因此，转子流量一般都以转子 的停留位置来指示流量。 【读数】转子流量计玻璃管外表面上刻有流量值， 根据转子平衡时其上端平面（最大截面）所处的位 置，即可读取相应的流量。
2020/7/10
渐缩管
喉管
渐扩管
测压口
测பைடு நூலகம்口
文氏流量计的结构示意图
2020/7/10
2020/7/10
文氏流量计实物图
2、文丘里流量计的测量原理
2020/7/10
【说明】文丘里流量计的测量 原理与孔板流量计相同，也属 于差压式流量计。
根据所连接的U型管压差计确 定R，然后使用公式计算体积流 量。
2020/7/10
3、转子流量计的流量方程
转子共受到三个力：重力（向下）、
压力（向上）、浮力（向上）。
当转子静止不动时，三个力平衡，即：
( p1 p0 ) Af V f g f V f g
0
由此可推得转子流量计的体积流量为：
1
qV CR AR
2( f )V f g Af
AR——转子上端面处环隙面积 CR——转子流量系数
流速和流量的测定
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
空气流动的流体力学原理—压强、流速和流量的测定
管道风速和风量的测定
风速和风量测定一般用到以下仪器设备：
1.毕托管
2.U型压力计
3.橡胶管
4.卷尺或钢尺
5.胶带
6.记号笔
1.确定测定截面和测点；
2.在毕托管上标注测点位置；
3.准备U型压力计；
4.逐点测定动压；
5.记录数值与计算
1.确定测定截面和测点
管径/mm
130
130-200
200-450
450-650
环数
1
2
3
4
（1）用卷尺或钢尺测量管道直径；
1
0.707R
0.5R
0.409R
0.354R
（2）根据下表确定环数和测点。
2
0.707R
0.5R
0.409R
0.354R
2.在毕托管上标注测点
3
0.866R
0.707R
0.612R
4
0.866R
0.707R
H d 2 ~ H dn ) 2
n2
在测定动压时，有时会碰到某些测点的读数出现零值或负值的情况，
这是由于气流很不稳定而出现旋涡所产生的。在上式计算平均动压时，应
将负值当作零计算，测点数n仍包括该测点在内。
习题讲解：
7、计算1200m高空大气的空气重度（假设空气等温变化）
解释：
大气压力：海拔高度每升高1000 m，相对大气压力大约降低12%；
的性能曲线和风网的特性曲线画在同一个坐标图上，两条曲线的交点。
二、离心式通风机的工作点
✓
P H
R1
R
A1
A
PA (H )
A
流速的测定
水文学实验——流速的测定；过水断面面积的和流量的计算实验地点和时间：湘江 2016.11实验目的：1)通过测量河道宽度，合理选择宽河道段面布点设置方案；2)熟悉了解超声波测深仪和流速仪；模拟进行河流断面深度和流速测量，熟练掌握流速仪测流量的原理和方法。
3)绘出“过水断面图，根据“三角形—梯形”面积法计算过水断面面积。
根据“流量=流速*过水断面面积”的公式计算，快速算出各部分流量，相加即得出总流量。
实验原理（简述）：1.采用实测法，应用流速仪测速的原理测的过水断面上某点的流速，推算出过水断面某点的平均流速；2.分别用梯形、三角形面积公式，根据断面的平均流速和断面面积,由流量=平均流速*过水断面面积求得总流量。
实验步骤：测流速：1.选取实验地点：湘江；2.测量河岸两侧AB的宽度并在AB中间分设30个距离相等的点；3.布设测深垂线。
根据每个点的位置在断面上布设若干条有代表性的测速垂线，在每条垂线上布设若干测速点；4.测深。
利用超声波测深仪测得所布点处水深；5.测速。
利用流速仪移动到河底距河面的正确位置，在水深6/10处测得河流平均流速。
过水断面面积和流量的计算：6.过水断面图的绘制。
将测流速实验中测深仪所测出的测深数据表，利用excel现有的绘图功能绘出“距水面左岸长度—测深深度”的X-Y函数图。
7.采用“梯形—三角形面积计算法”，即在已绘制的过水断面图的基础上，利用各点的横纵坐标，将过水断面分为许多三角形和梯形，再根据三角形，梯形的面积计算公式算出各点对应的断面面积。
8.计算流量。
根据流量=断面平均流速*过水断面面积，将测流速实验中所得到的测速数据与机算过水断面面积所得到的面积数据对应相乘再相加，得出最后的流量计算结果。
实验结果（文字描述、绘图）：由v=L/t可得平均流量为0.98m/s；过水段面面积为7902.09m2根据流量=断面平均流速*过水断面面积：总流量=S*v=7744.05m3/s总结：（结论、问题并加以讨论）1.河流的平均流速出现在水深6/10处，垂线上绝对最大流速出现在水面以下水深1/10-3/10处；2.河底与河岸附近流速最小，从水面向河底流速减小；3.流量与过水断面面积和断面流速有关;流量大小可以通过水位高低反映出来，水位升高，流量增大;4.随着科技的发展，我们可以通过网络模拟实验，但因缺少实际操作，实验结果有误差。
化工原理 第一章 流速和流量的测量
4
d12
0.1252
4
管道的Re：
Re
d1 u1
0.125 880 1.1 0.67 103
1.81105
Re c
故假设正确，以上计算有效。苯在管路中的流量为：
qV＝48.96 m3/h
2019/8/3
三、文丘里（Venturi）流量计
1、文氏流量计的结构及特点 【结构】用一段渐缩、渐扩管代替孔板，所构成的 流量计称为文丘里流量计或文氏流量计。 【特点】当流体经过文丘里管时，由于均匀收缩和 逐渐扩大，流速变化平缓，涡流较少，故能量损失 比孔板大大减少。
qV C0 A0
2Rg (0 )
0.648 0.785 0.0752 2 0.08 9.81 (13600 880) 880
0.0136(m3/s) 48.96(m3/h)
2019/8/3
校核Re： 管内的平均流速为：
u qV 0.0136 1.1(m/s)
2019/8/3
毕托管实物图
空速管
2019/8/3
2
测
速
管
测速管的内
工 管与外管分别
作 原
与U形压差计
理 相连。
2019/8/3
毕托管测压原理.swf
【说明】对于某 水平管路，测速 管的内管处测得 的是管口所在位 置的局部流体动 压头与静压头之 和，外管测压孔 测得为静压头。
3、测速管的计算公式 内管处测得的是管口所在位置的局部流体动压头
2019/8/3
【说明】洗涤液（水）从喉管加入时，气液两相 间相对流速很大，液滴在高速气流下雾化，尘粒 被水湿润。尘粒与液滴或尘粒与尘粒之间发生激 烈碰撞和凝聚。在扩散管中，气流速度减小，压 力回升，以尘粒为凝结核的凝聚作用加快，凝聚 成粒径较大的尘粒，而易于被捕集。
流量流速的测定及常见流体测速仪
流量流速的测定及常见流体测速仪如何测定流体的流速和流量关于流体力学来讲是一门超级重要的研究，现在，有关流体的测量与咱们的生活息息相关。
由于实际流动超级复杂，实验研究和流体测量仍然是查验理论分析和数值计算结果最终的具有说服力的方式。
那么该如假设测定流量及流速呢？关于流体流量的测定，有以下几种常见的仪器。
1.文丘里管流量计文丘里管由渐缩管、中间的喉部断面和渐扩管组成，渐缩管内速度增加，压力下降，渐扩管内动能又转变成压力能，速度减小，压力增加。
因为压力与流速有关，因此能够用来测流量。
如图7.7所示，以管道轴线为基准面，1和2两断面间伯尽力方程为 g vp z g v p z 2222222111++=++γγ 代入持续性方程，得：2121v A A v =喉部理想流速为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+-=γγ22112122()(2)(11p z p z g A A v文丘里管能够精准测量管道内流体流量，除安装费用外，文丘里管唯一的不足是在管路中增加一个摩擦损失。
事实上，所有损失都发生在渐扩管中，即图中2和3断面间，一样为静压差的10%到20%。
为了测量精准，在文丘里管前面应该至少有管道直径的5～10倍的直管段。
所需要的直管段长度取决于入口断面的条件。
随管径比率增加，入口断面处流动阻碍增大。
压力差测量应该用管道周围的环形测压管，并保证在两个断面处有适当的开孔数。
关于一个给定的文丘里管，除特殊给定外，通常假设雷诺数超过l05，μ值依如实验确信，称为文丘里管系数。
它的值约在0.95～0.98之间。
文丘里管长期利用后μ可能下降l%～2%。
2.节流式流量计结构简单，无可动部件；靠得住性较高；复现性能好；适应性较广，它适用于各类工况下的单相流体，适用的管道直径范围宽，能够配用通用差压计；装置已标准化。
安装要求严格；流量计前后要求较长直管段；测量范围窄，一样范围度为 3 : 1；压力损失较大；关于较小直径的管道测量比较困难 ；精准度不够高(±1%~ ±2%)。
《化工原理》课程教学大纲
《化工原理》课程教学大纲第一部分大纲说明一、课程性质及任务《化工原理》是化学工程专业极为重要的的专业基础课，通过本课程的学习，使学生掌握化工单元操作的基本原理、计算方法、典型设备以及有关的化学工程实用知识。
并能用以分析和解决工程技术中的一般问题。
以便对现行的化学工业生产过程进行管理，使设备能正常运转，进而对现行的生产过程及设备作各种改进以提高其效率，从而使生产获得最大限度的经济效益。
为深入学习本专业后续课程及从事化工专业的实际工作打下基础。
二、与其他课程的关系先修高等数学、无机化学、有机化学、分析化学、物理化学等课程。
后续课程为化工设备机械基础、化工仪表、有机化工、石油炼制等专业课程。
三、教学总体要求基本概念：流体流动、输送机械、沉降、过滤、传热、精馏、吸收、干燥等。
基本知识：化工单元操作的基本原理基本技能：一般单元操作的操作能力、典型设备计算选用能力、因次分析法、实验测定法等重点：流体流动、传热、精馏、吸收等难点：阻力计算、对流传热计算、吸收速率计算等四、课程的教学方法和教学形式建议1、本课程的工程性、实践性较强，环节多，因此，教学形式以讲授为主。
2、为加强和落实动手能力的培养，充分重视实践性教学环节，保证上机操作、实验等不少于36课时,课程设计不少于60课时。
五、教学要求的层次课程的教学要求在每一章教学内容之后给出，大体分为了解、理解和熟练掌握三个层次。
了解一般为扩展知识面，知道即可；理解是能正确表达有关概念、掌握定律、计算、结构和方法；熟练掌握是在理解的基础上加以灵活运用。
第二部分教学内容及要求一、课程教学总学时数课程教学总学时数144学时(不含课程设计60课时)，其中实验36学时。
二、教材与教学环节1、参考教材：天津大学《化工原理》、李云倩编《化工原理》2、授课内容以教材为主，教材担负起形成整个课程体系系统性和完整性的任务，是学生学习的主要媒体形式。
因此教材要概念清晰、条理分明、深入浅出、便于自学，并要注意加强导学。
烟气压力、流速及流量的测定
图1 圆形管道的测点烟气压力、流速及流量的测定一、 实验目的通过本实验，掌握气化净化系统中测量烟气压力的方法，并通过压力计算烟气流速及流量。
二、 实验原理在一个气体净化系统安装完成后，正是投入运行前，不许进行试运行和测试调整。
对于已经运转但效果不好的净化系统，则需通过测试等方法查明原因，找出解决问题的方法。
在正常运行中，也需连续或定期地检测净化装置的操作参数，如温度、压力、流量及排放浓度等。
1、测定位置的选择和测点的确定在测定管道中气体的温度、湿度、压力、流速及污染物浓度之前，都需要先选择好合适的测定断面位置，确定适宜的测点数目。
这对于测试结构是否准确，是否有代表性，并耗用尽可能少的人力和时间，是一项非常重要的准备工作。
（1） 测点位置的选择测定断面的位置，应尽可能选在气流分布均匀稳定的直管段，避开产生涡流的局部阻力构件（如弯头、三通、变径管及阀门等）。
若测定断面之前有局部阻力构件时，则测定断面局部阻力构件时，则两者相距最好大于3D 。
测定断面距局部阻力构件的距离，原则上至少在1.5D 以上，同时要求管道中气流速度在5m/s 以上。
此外，由于水平管道中的气流速度分布和污染物浓度分布一般不如垂直管道内均匀，所以在选择测定断面位置时应优先考虑垂直管段。
确定断面位置附近要有足够的空间，便于安放测试仪器和进行操作，同时便于接通电源等因素，也是需要考虑的问题。
（2）测点的确定测定位置选定后，还应根据管道截面形状和大小等因素确定测点的数目。
当管道较大且其中气流和污染物分布不均匀时，测点数目适当多些，但也不宜过多，以免测定工作量加大。
通常是将管道断面划分成若干个等面积圆环（或矩形），各个等面积圆环（或矩形）的中心作为测点。
对于圆形管道和矩形管道内测点的确定方法分别介绍如下。
A 圆形管道对于圆形断面的管道，采用划分为若干等面积同心圆环的方法。
圆环数目取决于管道直径的大小，一般可按表1的规则确定。
但管道直径大于5m 时，应按每个圆环面积不超过1m2来划分。
粮食工程技术《第五节 压强、流速和流量的测定》
〔1-76〕
倾斜管中液面和大容器中液面的高度差为
为了减少毛细管现象，U形管内径一般为8~10mm。
2倾斜式微压计
当测量的压强数值比拟小、用U形管压力计不容易精确读出时，一般采用倾斜式微压计。图1-13为倾斜式微压计的原理、结构简图。倾斜式微压计主要由一截面积为A2的较大容器和一带有刻度、截面积为A1的玻璃测量管相连接而成。大容器中盛有一定量的重度为γ的工作液体，一般采用酒精，有时也用蒸馏水。倾斜式微压计主要用来测量较微小的压强、压强差或者标定U形管等。
流速的测定还可采用热线风速仪、激光测速仪、转杯式风速仪等仪器直接测试读出。风量的测试也可用转子流量计、孔板〔或喷嘴、文丘里管〕流量计等直接读出。
第五节压强、流速和流量的测定
一、压强的测定
测量压强的仪表，统称为测压计。根据测量方式的不同，大致分为两类，一类是测量较高压强的金属式压强表，另一类是液柱式测压计。
金属式压强表一般利用金属的变形来测量压强，如波登管测压计、膜片式测压计等，现代测量动态压强的应变式和压电晶体式压强传感器属于这一类。
液柱式测压计是根据流体静力学根本方程，利用液柱高度直接测出压强。由于液体的密度是恒定的，因而测量准确可靠，但是由于液柱高度的限制，一般这种测压计的量程较小，本节主要介绍常用的液柱式测压计。
二、流速、流量的测定
通风管道空气流速的测定，一般通过使用毕托管、U形管测定动压计算得出。
量管道轴心线上的最大动压来计算平均速度，即：
河流流速流量的测定
河流流速流量的测定
❖ 流速（m/s）：水质点单位时间内通过的距离. ❖ 河流平均流速出现于水深的6/10处。 ❖ 流量(m3/s)：在单位时间内通过河道过水断面
断面流速的测定
❖ 流速计算
❖ 岸边流速：
❖ 岸边或死水部分平均流速，等 于自岸边或死水边起第一条测 速垂线的平均流速乘以流速系 数a。A值在缓坡时为0.7，陡 坡时为0.9，死水边时为0.6。
❖ V0=a•V1 ❖ 中间部分流速
❖ Vn=（1/2）•（Vn-1+ Vn+1）
❖ 断面面积计算
❖ 岸边—按三角形计算
1m<H<3m
3点法
0.2h, 0.6h,0.8h
H>3m
5点法
水面，0.2h, 0.6h,0.8h，水底
一点法：v=v0.6
二点法：v=（v0.2+v0.6）/2
三点法：v=（v0.2+v0.6+v0.8）/3
2020/2/21
5
五点法：v=（v0.0+3v0.2+3v0.6+2v0.8+v1.0）/10
❖ 1.首先确定断面宽度，以此确定需要布设多 少条测速垂线。
❖ 2.从断面一侧确定起点，量出第一条测速垂 线到起点的距离。做好垂线标记。
❖ 3.确定各条测速垂线的位置，测出各测速垂 线处平均流速。各垂线点水深，点间距的测 定。
❖ 4.画出过水断面图。做好记录表。
❖ 5.计算：两侧岸边死水区流速。各部分断面
烟气压力、流速及流量的测定
图1 圆形管道的测点烟气压力、流速及流量的测定一、 实验目的通过本实验，掌握气化净化系统中测量烟气压力的方法，并通过压力计算烟气流速及流量。
二、实验原理在一个气体净化系统安装完成后，正是投入运行前，不许进行试运行和测试调整。
对于已经运转但效果不好的净化系统，则需通过测试等方法查明原因，找出解决问题的方法。
在正常运行中，也需连续或定期地检测净化装置的操作参数，如温度、压力、流量及排放浓度等。
1、测定位置的选择和测点的确定在测定管道中气体的温度、湿度、压力、流速及污染物浓度之前，都需要先选择好合适的测定断面位置，确定适宜的测点数目。
这对于测试结构是否准确，是否有代表性，并耗用尽可能少的人力和时间，是一项非常重要的准备工作。
（1） 测点位置的选择测定断面的位置，应尽可能选在气流分布均匀稳定的直管段，避开产生涡流的局部阻力构件（如弯头、三通、变径管及阀门等）。
若测定断面之前有局部阻力构件时，则测定断面局部阻力构件时，则两者相距最好大于3D 。
测定断面距局部阻力构件的距离，原则上至少在1.5D 以上，同时要求管道中气流速度在5m/s 以上。
此外，由于水平管道中的气流速度分布和污染物浓度分布一般不如垂直管道内均匀，所以在选择测定断面位置时应优先考虑垂直管段。
确定断面位置附近要有足够的空间，便于安放测试仪器和进行操作，同时便于接通电源等因素，也是需要考虑的问题。
（2）测点的确定测定位置选定后，还应根据管道截面形状和大小等因素确定测点的数目。
当管道较大且其中气流和污染物分布不均匀时，测点数目适当多些，但也不宜过多，以免测定工作量加大。
通常是将管道断面划分成若干个等面积圆环（或矩形），各个等面积圆环（或矩形）的中心作为测点。
对于圆形管道和矩形管道内测点的确定方法分别介绍如下。
A 圆形管道对于圆形断面的管道，采用划分为若干等面积同心圆环的方法。
圆环数目取决于管道直径的大小，一般可按表1的规则确定。
但管道直径大于5m 时，应按每个圆环面积不超过1m2来划分。
以机械能衡算方程为基础的测定方法应用公式-精品文档
u 2S 2 代入： u 1 S 1
S p 22 得： u[ 1 ( )] 2 ( 1 0 . 1 ) S 1
2 2
d S 2 2 令： ，则 d S 1 1
2
因此， u 2
0 .95
4 1
2 p
2 p 2 ( ) gR 校正： u C C 2 V V
5 R 10 时， C 恒定，约为 0 . 97 ~ 0 . 99 e V
问题：未知流速，如何求Cv ?
试差法
设 Re2足够大，查 C V 流速 u计 按 u 计，校核 R e 2
(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%)；
(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：
2 2 p u p u 1 1 2 2 R 1 2 2 2
文丘里管， p 10 % p f
p p 1 2 因此， R 0 . 1 1 2
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
0.62
0.60
5
Re
d1u1
106
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1 、毕托管（Pitot tube ） 2 、孔板流量计（orifice meter） 3 、转子流量计（rotameter)
2018/9/19
第1章 流动流动
1
1.6 流速和流量的测量 1、 毕托管 Pitot tube
PA uA PB uB 2 2
③孔板所产生的永久性能量损失不能 超出设计规定值。
2018/9/19 第1章 流动流动 11
例：孔板流量计 在一直径为 50mm 的管道上装一标准的孔板流量计，孔径 为 25mm，U形管压差计（以汞为指示剂）读数为220mm。管 内液体密度为 1050kg/m3 ，粘度为 0.6mPa.s ，试计算液体流量。 解：设管内Re值已经超过极限允许值，首先仅根据
Remax
dumax
0.300umax
从而得பைடு நூலகம் u
第1章 流动流动 6
2、孔板流量计 orifice meter
2截面称为缩脉 vena contracta
截面1至截面2机械能衡算式
2 2 u1 p2 u2 2 2 2 2 P1 P2 u2 u1 2 2
2
qv R
即
2 R qv
Re
孔板流量计的测量范围受U形压差计量程决定。 孔板流量计的永久阻力损失
P f ,0
2018/9/19
d0 1 d 1
2
P1 P2
或者
h f C
2 0
Rg( i )
A0 d 0 2 A1 d1
2
2
查
qv A0
2 R i g
u
qv d
2 1
Re
2018/9/19
Du1
4
再根据Re 和 2重新查
第1章 流动流动 12
例：孔板流量计 某鼓风机通过一根内径 300mm 的输气管向设 备供气，已知风机出口处的静压为 150mmH2O （表压）时，空 气流量为 4000m3/h（以 20oC 时的体积计）。现要在输气管上设 置标准孔板，希望达到上述流量时，其压差读数不小于 100mmH2O ，而永久压力降不超过 50mmH2O 。大气压为 101.3kPa 。求：（1）孔板孔径；（2）此孔板的功率消耗。 解：（1） 150 150 100 100mmH 2 O 空气的平均压强 Pm 2 Pm M 1.013 105 0.1 1000 9.81 m 1.22kg / m 3 RT 8314 273 20
2
Re Du1
8
2、孔板流量计 orifice meter 对于气体和蒸气，必须考虑流体流经孔板时由于压强降低 而引起气体体积的增大，若以ε表示气体体积膨胀系数，则气 体流量为
qv A0 2 R( i ) g
qm A0
2 R( i ) g
2点为驻点 u2=0
2018/9/19
P2 Pa h2 g
第1章 流动流动
P1 Pa h1 g
3
测定umax Remax
u u qV umax
2018/9/19
第1章 流动流动
4
毕托管安装注意以下几点； （1）测量点位于均匀流段，上、下游最好有（8~12）d的直管 长度； （2）毕托管截面严格垂直于流动方向，否则，任何偏离都将造 成负的偏差； （3）毕托管 d0
0.8
10
第1章 流动流动
2、孔板流量计 orifice meter
孔板流量计安装位置的要求： 管径不变的水平直管段上，上游长度至少为管径的10倍，下 游长度至少为管径的5倍。 要测定一定的流量值，孔板孔径 d0 选得愈小，R 读数愈大，测 定的相对误差愈小。但是，流体通过孔板所产生的永久性能量损 失愈大。要使得所选的孔板孔径 d0 值同时满足以下三方面的要求： ①测量精度满足要求（R 达到一定数 值）； ②孔板流量系数 C0 不随被测流量变 化，仅与所选的孔径 d0 有关；
d d0 50
2018/9/19
第1章 流动流动
5
例：在一内径为 300mm 的管道中，用毕托管来测定平均分子质 量为 60 的气体流速。管内气体的温度为40oC，压强为101.3kPa ， 粘度0.02mPa.s 。已知在管道同一横截面上测得毕托管水柱最大 读数为30mm 。问此时管内气体的平均速度为若干？
2 2
A点为驻点 uA=0
PA PA u B 2 PB PB
2
R( i ) g
u B 2
2
uB
2 R( i ) g
注意:毕托管测到的是点速度,即 放在什么位置,就测到此处流体 的点速度。
2018/9/19 第1章 流动流动 2
简单的测速管
u0
C
2 A0 1 2 A1
2( p1 p2 )
qv A0
2 R( i ) g
qm A0
2 R( i ) g
A0 2p
A d 令 ： 0 0 A1 D
2
2
f(Re, )
2018/9/19 第1章 流动流动
p1
P1 P2
2 2 u2 A2 1 A2 1 2
2018/9/19
第1章 流动流动
7
u2
1
2 A2 1 2 A1
2( p1 p2 )
考虑： 1 流体 通过孔口时存在阻力损失； 2 以A0代替A2 ； 3 实际测压2不一定正好选在缩脉之处。
2 R( i ) g
3 PM 101 . 3 10 60 解： m m RT 8314 273 40
在截面的轴心处可以得 到最大水柱读数
umax 2 R i g
2 0.030 1000 9.81
u 查 图 得: umax 2018/9/19
A0 2p
是 压 强 比 2 ， 绝 热 指 数 k和 直 径 比 的 函 数 。
p p1
2018/9/19
第1章 流动流动
9
2、孔板流量计 orifice meter 当Re >Re临界时，
f( )
2
Re临界值
此情况下α 与被测流体的流速u无关。 则被测流量（或流速）仅是U形压差 计读数R的函数。 一般 α=0.6~0.7