第七章 流速及流量测量1
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流体流动7-流量与流速测量
涡轮流量计（常用）
2、容积式流量测量方法：
► 通过测量单位时间内经过流量仪表排出的流
体的固定容积V的数目来实现的 ► qv=nV
► 容积式流量计： ► 椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、刮板式流量
计、湿式流量计等
►3、通过直接或间接的方法测量单位
时间内流过管道截面的流体质量数
► 叶轮式质量流量计，温度、压力自动补偿流
1.7
流速和流量的测定
——柏努利方程的某种应用举例
►流体的流量：重要的参数之一
工业流量测量的方法
►1、速度式流量测量方法：
► 直接测出管道内流体的流速（平均流速），
一次作为流量测量的依据 ► 差压式（节流式）：孔板、喷嘴、文丘里、 转子、毕托、动压平均管等 ► 叶轮式：水表、涡轮流量计 ► 电磁式： ► 超声波式； ► 旋涡或涡街式
三、转子流量计
1、结构
► 锥管 ► 转子（浮子、float）
► 密度大于被测流体的
密度 ► 环隙
2、测量原理
►qv=0，转子沉底部
►一定qv：转子将“浮起”
►转子悬浮 ►转子的悬浮高度（平衡
位置）随流量而变
转子流量计的计算式
► 形成转子上、下两端压差（p1-p2）的原因
► （1）两截面的位差
A B
2）测量范围
qv max A0 max qv min A0 min
► A0max和A0min分别为玻璃管上、下端的环隙面积
四、总结：
前三种流量计→ 变压强流量计 ► 其流量计算通式为：
►
qv CA0
CA0
2 R( i ) g
► C：流量系数：毕托管与文丘里流量计：C
建筑环境测试技术第七章 流速及流量测量
1.毕托管使用条件
1）毕托管测速下限规定：毕托管总压力孔直径上的
流体 Re 200
， V太小，则动压太小——测量不准
开口较大 V太小， 灵敏度下降
T型测速V>3m/s
2）减少测量误差：d 0.02 （最大<0.04） D
K 0.01 （相对粗糙度）
D
管道内径>100mm 3）使用前用标准毕托管校正校正系数
电热丝 热电偶 细调 粗调
优点：电路简单 缺点：测速探头在变温度阻状态下工作，易使敏感元
件老化，稳定性差。
三、动力测压法测量流速
1. 工作原理: 2. 1)伯努力方程
3.
P
V2
2
P0
4. 静压 动压 全压
5.
V
2
(P0
P)
6. 毕托管测 静压，总压
实际测量： V K
2
(P0
P)
KP ——速度校正系数（0.83~0.87 标准0.96）
节流现象：
① VAVBVC ② 静压力产生压差 P P 1 P 2 (P 1 P 2 )
上式说明：① I（或T）一定V与T（或I）成单值函数 关系。
热线风速仪有恒流、恒温（恒阻）两种设计电路。
2）恒温法——较为常用
① 热线感受气流速度＝0时，调节电桥G＝0 ② 进行测量时，热丝T R调节IT（恒温）电桥平衡G＝0
V f (I) （∵最终RW恒定）
测量IV
3）恒流法 原理图与热球风速仪类似
分布的均匀性。
与管道断面尺寸无关。
准确度——与使用场合有关。 流速分布的均匀性——与被测流体断面位置有关。
3.平均流速的计算
∵ PVRT
1 P
1-6 流速和流量的测量1
（2） C 0 选择在定值范围内， 即 Re d 取值较大 （3）合适的孔板流量计，其C0值为0.6～0.7
4、孔板流量计特点 （1）阻力损失大
2 u0 2 Rg ( i ) hf C0 2
一般为0.8
阻力损失正比于压差计读数R： R↑， uo↑，hf↑
（2）测量范围窄
1 u 0 0
2
缩脉
3
p1
1
2
3
2 u2 u12
2( p1 p2 )
(1)
R 孔板流量计
u1 A1 u2 A2
2( p1 p2 )
A2 位于孔口前方无法测量，而 A0孔可知，可代表 A2
（1）式可写为： u02 u12 C 其中C为校正系数
（2）
流股截面最小处，速度最大，而相应的静压强最低，称为缩脉
u0
2
1 2 p p1 p2 g ( Z 2 Z1 ) (u0 u12 ) 2
升力： pAf F F2 1
1
1
u1
p1
A f 转子最大横截面积
升力由两个分力F1、F2构成
F1为位能差产生：F1 g ( z2 z1 ) Af Vf g （浮力）
qV u0 A0 C0 A0
2 Rg ( i )
A0 m A1
面积比
2、孔流系数 C 0
通过实验求得
p31.图1-25
Red
C 0 f ( R ed , m)
当 Re 一定值后， 3、安装与使用
du1
Co (m)
d （1）上、下游必须有一定的直管距离（15～40） 和 5 d
流速及流量测量1
三．转子流量计
•恒压降变截面
流量不同转子的高度不同
qv F0
2
P
看看原理吧
（ 1）当压差 Δ P 对浮子产生 向上的作用力与介质对浮 子的浮力之和等于浮子重 量时，浮子就处于平衡状 态。 （2）随着流量的增加，差压 Δ P增大，所以浮子上升。 （ 3 ）随着流量减少，差压 Δ P 减小，所以浮子 下降，
m3/s
qm F0 2P
kg/s
若流体为可压缩性流体，则
qm F0 2P
kg/s
流量系数α 由实验决定，与节流件形式、 取压方式、RED、m管道粗糙度有关。
3．标准节流装置
（1）标准节流装置取压方式
角接取压 法兰取压 环室取压
标准孔板：
直接钻孔取压
标准喷嘴：角接取压 文丘里管：角接取压
第七章 流速及流量测量
第一节 流速测量
一．机械法测量流速 二．散热率法测量流速 三. 动压法 四. 激光多普勒测速
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。可将叶轮的转速转换成电信号。
HH50系列智能金属管浮子流量计
四．动压平均管（阿纽巴管、笛形管） 测量平均动压，即测量平均流速。
大家都见过水表吧
第五节 叶轮式流量计
一．水表 分类：根据水流特点： 切线流： 单流束、多流束 竖式流： 轴流式： 根据流量指示部分位置： 湿式水表：流量指示部分处于水中 干式水表：流量指示部分处于空气中。
kg/s
流速和流量的测定
1.7.9 电磁流量计
1.7.10 涡轮流量计
静电流量计(electrostatic flowmeter) 复合效应流量仪表(combined effects meter) 转速表式流量传感器(tachmetric flowrate sensor)
作业：24; 26; 30;31
（1）安装在稳定流段，上游l>10d，下游l>5d； （2）结构简单，制造与安装方便 ； （3）能量损失较大 。
1.7.3 文丘里（Venturi）流量计
属差压式流量计； 能量损失小，造价高。
VS = CV A0
2Rg(ρ0 − ρ ) ρ
CV——流量系数（0.98～0.99） A0——喉管处截面积
1.7.1 测速管（皮托管，Pitot tube ）
一、结构
二、原理
内管A处
pA
=
p
+
1
.
u2
ρ ρ2
外管B处
静压能p/ρ和动压能ū2/2之和，合称
pB = p
ρρ
冲压能（impact pressure energy）
∆p
=
pA
−
pB
=(p
+
1
.
u2
)
−
p
=
1
.
u2
ρ ρ ρ ρ2 ρ 2
点速度：
体积流量
VS = u0 A0 = C0 A0
2Rg(ρ0 − ρ) ρ
质量流量
mS = C0 A0 2Rgρ (ρ0 − ρ )
C0——流量系数（孔流系数） A0——孔面积。
讨论：
（1）特点：
恒截面、变压差——差压式流量计
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。
化工原理1.7流速、流量测量
2. 某孔板流量计，当水流量为qV时，U型差压计读数 R=600mm（指示液ρ0=3000kg/m3），若改用ρ0=3000kg/m3 的 指示液，水流量不变，则读数R变为 mm。
3. 用孔板流量计测量流体流量时，随流量的增加，孔板
前后的压差值将
；若改用转子流量计，则转子前后
压差值将
。
31
讨论： （1）特点： 恒压差、变截面——截面式流量计 恒环隙流速、恒能量损失
（2）刻度换算 ● 标定流体：20℃水（ρ＝1000kg/m3 ）
20℃、101.3kPa下空气（ρ ＝1.2kg/m3）
23
● 校核
CR相同,同刻度时：
qV 2 qV 1
=
ρ1(ρ f − ρ2 ) ρ2(ρ f − ρ1)
（4）转子流量计 qV = CR AR
2(ρ f − ρ )V f g ρAf
• 特点：恒压差、变截面——截面式流量计
有刻度换算问题
（恒环隙流速、恒能量损失）
各种流量计的安装及使用、优缺点 29
孔板流量计
差压式流量计 恒截面、变压差
qV = C 0 A0
2 Rg ( ρ 0 − ρ ) ρ
能量损失大
转子流量计
截面式压差计 恒压差、变截面
qV = CR AR
2(ρ f − ρ )V f g ρAf
有刻度换算问题
文丘里流量计
qV 2 = ρ1(ρ f − ρ2 )
qV 1
ρ2(ρ f − ρ1)
30
思考题1.7
1. 某孔板流量计用水测得C0=0.64，现用于测量ρ=900kg/m3、 μ=0.8cP液体的流量，此时C0 0.64（>，=，<） (设Re超过 界限值)。
3. 用孔板流量计测量流体流量时，随流量的增加，孔板
前后的压差值将
；若改用转子流量计，则转子前后
压差值将
。
31
讨论： （1）特点： 恒压差、变截面——截面式流量计 恒环隙流速、恒能量损失
（2）刻度换算 ● 标定流体：20℃水（ρ＝1000kg/m3 ）
20℃、101.3kPa下空气（ρ ＝1.2kg/m3）
23
● 校核
CR相同,同刻度时：
qV 2 qV 1
=
ρ1(ρ f − ρ2 ) ρ2(ρ f − ρ1)
（4）转子流量计 qV = CR AR
2(ρ f − ρ )V f g ρAf
• 特点：恒压差、变截面——截面式流量计
有刻度换算问题
（恒环隙流速、恒能量损失）
各种流量计的安装及使用、优缺点 29
孔板流量计
差压式流量计 恒截面、变压差
qV = C 0 A0
2 Rg ( ρ 0 − ρ ) ρ
能量损失大
转子流量计
截面式压差计 恒压差、变截面
qV = CR AR
2(ρ f − ρ )V f g ρAf
有刻度换算问题
文丘里流量计
qV 2 = ρ1(ρ f − ρ2 )
qV 1
ρ2(ρ f − ρ1)
30
思考题1.7
1. 某孔板流量计用水测得C0=0.64，现用于测量ρ=900kg/m3、 μ=0.8cP液体的流量，此时C0 0.64（>，=，<） (设Re超过 界限值)。
流速及流量测量介绍
（2）流体条件及管道要求
1）标准节流装置只适用于圆形截面的管道中单项、 均质流体的流量，流体应充满圆管并连续稳定流 动，流速应小于亚音速，流体在到达节流件前应 是充分发展的紊流。
2）节流件上下游的直管段长度应符合标准的要求。
4．配套仪表
双管差压计、双波 纹管差压计、电容 式差压变送器等。 若直接显示流量， 仪表内需要有开方 器。
测量误差 ≤±(0.5%O.F.S+2.5%O. R)
线性误差 ≤± 0.5%O.F.S(10m/s)
环境温度 0℃…+60℃最高 额定压力 PN 16bar
重复精度 测量值的0.4%
管接头 不锈钢
输出信号 晶体管PNP和NPN集
壳体
PC
电极开路最大100mA 外壳
IP 65(带电缆插头)
频率0…200Hz
v—平均流速 m/s
Q
4
D2
v
E 4 104 B Q kQ
D
变送器结构
外壳、磁轭、励磁 线圈、电极、测量 导管 注意： 1．为了防止磁力线被
测量导管的管壁短路， 导管由非导磁的材料 组成。 2．当采用导电材料作 导管，测量导管与电 极之间需要加内衬。
特点
测量精度高，一般为1.0级；可以测量含 有固体颗粒或纤维或带有腐蚀性的液体； 直管段要求低；被测液体需要导电。
2. 按中间矩形法布置测点。在 每一个圆环内布置测点，测 点所在圆周恰将圆环面积平 分，推荐均布四个。也可按 切比雪夫法布置测点。
3. 平均流速等于各点平均
二．利用节流装置进行流量测量
组成：节流装置、导压管、显示仪表
信号变换
仪表组成
1.节流件的工作原理
（以孔板为例）
1.7_流速和流量的测量
测速管
测速管加工及使用注意事项
测速管的尺寸不可过大，一般测速管直径不应超过管道直径的 1/50。 测速管安装时，必须保证安装点位于充分发展流段，一般测量点的 上、下游最好各有 50d 以上的直管段作为稳定段。 测速管管口截面要严格垂直于流动方向。
u
测速管的优点： 结构简单、阻力小、使用方便， 尤其适用于测量气体管道内的流速。 缺点： 不能直接测出平均速度， 且压差计读数小，常须放大才能读得准确。
必须加以换算：
V V
f f
V、实际被测流体的流量、密度； V、 标定用流体的流量、密度
转子流量计必须垂直安装，且应安 装旁路以便于检修
转子流量计
优点：
读取流量方便，流体阻力小，测量精确度较高，能用于 腐蚀性流体的测量；流量计前后无须保留稳定段。
如：测速管、孔板流量计和文丘
里流量计 流体通过流量计时的压力降是固
变截面流量计
定的，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降相同。 如：转子流量计
一
1
测速管
测速管（皮托管）的结构
观看动画：
皮托管.swf
2
测速管的工作原理
对于某水平管路，测速管的内管 A 点测得的是管口所在 位置的局部流体动压头与静压头之和，称为冲压头 。
pA hA 2 g g
B点测得为静压头
u2
pB hB g
冲压头与静压头之差
p A pB u 2 hA hB g 2g
压差计的指示数R代表A、B两处的压强之差。 若所测流体的密度为ρ， U 型管压差计内充有密度为ρ0 的指示液，读数为R。
u 2 R 0 g 2g g
流速、流量测量
若所作非流线的曲线是封闭的，则由流线所形成 的管状曲面称为流管。
流 管
流 面
充满于流管中的流体称为流束。
若流管的横截面积为无穷小，所得 流束为元流（微元流束）。
由无穷多元流组成的总的流束称为总流，即封闭曲线 取在流场边界上。
过流断面，流量，断面平均流速
与流束中所有流线垂直的横截面称为过流断面 （过水断面）。
恒定流动的连续性方程
2
——流体的质量守恒定律
1
2
以微元流管为控制体：
1
dt时间内，流入控制体的流体质量＝流出的流体质量
u1dA1dtρ1 = u2dA2dtρ2
对不可压流ρ1=ρ2= C ，得
u1dA1= u2dA2 —— 恒定不可压元流
或
dQ1= dQ2
连续性方程
对整个总流过流断面积分
并据流量公式
—运动粘度，（m2/S）。
5. 管流类型
(1) 单相流和多相流
管道中只有一种均匀状态的流体流动称为单相 流；两种以上不同相流体同时在管道中流动称为多 相流。
(2) 可压缩和不可压缩流体的流动 流体可分为可压缩流体和不可压缩流体， 所
以流体的流动也可分为可压缩流体流动和不可压 缩流体流动两种。
(3) 稳定流和不稳定流 当流体流动时，若其各处的速度和压力仅和流
的相对变化率： k 1 V V P
k —流体的体积压缩系数，（1／Pa）； V —流体的原体积，(m3)；
P —流体压力增量，(Pa)；
V —流体体积变化量，(m3)；
膨胀系数： 在一定的压力下，流体温度变化时其体积的
相对变化率，即 ：
1 V
V T
—流体的体积膨胀系数(1／℃)；
V —流体的原体积，(m3)；
流 管
流 面
充满于流管中的流体称为流束。
若流管的横截面积为无穷小，所得 流束为元流（微元流束）。
由无穷多元流组成的总的流束称为总流，即封闭曲线 取在流场边界上。
过流断面，流量，断面平均流速
与流束中所有流线垂直的横截面称为过流断面 （过水断面）。
恒定流动的连续性方程
2
——流体的质量守恒定律
1
2
以微元流管为控制体：
1
dt时间内，流入控制体的流体质量＝流出的流体质量
u1dA1dtρ1 = u2dA2dtρ2
对不可压流ρ1=ρ2= C ，得
u1dA1= u2dA2 —— 恒定不可压元流
或
dQ1= dQ2
连续性方程
对整个总流过流断面积分
并据流量公式
—运动粘度，（m2/S）。
5. 管流类型
(1) 单相流和多相流
管道中只有一种均匀状态的流体流动称为单相 流；两种以上不同相流体同时在管道中流动称为多 相流。
(2) 可压缩和不可压缩流体的流动 流体可分为可压缩流体和不可压缩流体， 所
以流体的流动也可分为可压缩流体流动和不可压 缩流体流动两种。
(3) 稳定流和不稳定流 当流体流动时，若其各处的速度和压力仅和流
的相对变化率： k 1 V V P
k —流体的体积压缩系数，（1／Pa）； V —流体的原体积，(m3)；
P —流体压力增量，(Pa)；
V —流体体积变化量，(m3)；
膨胀系数： 在一定的压力下，流体温度变化时其体积的
相对变化率，即 ：
1 V
V T
—流体的体积膨胀系数(1／℃)；
V —流体的原体积，(m3)；
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=
《热能与动力工程测试技术(第3版)》俞小莉(电子课件)第7章 流量测量(俞老师)
第7章流量测量
7.2 节流式流量计 2 ）直管段的截面必须为圆形，而且其圆度要求很高。在节流元件前 2D范围内，分别于0D、0.5D、1D和2D处的四个截面上，以角等分方式各测 取4个管道内径，共16个测量值，记为Di（i=1，2…16），偏差要求：
Di - D ×100% 0.3% D
式（7-4）中， （3）安装要求
在实际流量测量中，当被测流体的密度、温度、压力和 其它特性与流量计刻度时所用介质的参数值不同时，必须将 根据工况条件 被测流体在实际状态下的流量变化范围换算成流量计刻度状 选择 态下相应介质（如水或空气）的流量，以此作为流量计量程 的选择依据。
其它
安装位置、安装尺寸以及流通管路的振动情况等，有时 还要考虑测量过程产生的永久压力损失带来额外能耗费用的 大小。
第7章流量测量
7.2 节流式流量计 1.测量原理与流量方程 原理：当流体流经管道中急骤收缩的局部截面时，将产生增速降压的节 流现象，流体的流速越大，即在相同流通截面积条件下的流量越大，节流压 降也越大。 根据流动的连续性方程和伯努利（Bernoulli）方程，可推导出反映流量 与节流压降关系的流量方程为：
；
第7章流量测量
7.2 节流式流量计 d.标准节流装置主要参数α和ε的确定 （1）流量系数α
α = K1 K2 K3α0
式中，K1为粘度修正系数；K2为管壁粗糙度修正系数；K3为孔板磨损修 正系数，对于喷嘴、文丘利管以及新的节流元件，K3=1。 各种标准节流装置的K1、K2、K3值可从有关流量测量标准和手册中查到。
第7章流量测量
7.4 光纤流量计 1.光纤差压式流量计 光纤差压式流量计实质上也是一种节流式流量计，其特点是利用光纤传 感技术检测节流元件前后的差压p，原理如下图所示。
化工基础流速和流量的测量教学PPT
qV CR s2
2gVf ( f ) sf
3) 转子流量计的量程 4) 阻力损失
qV max S2,max
q S V min
2,min
Re 104时，阻力损失不随流量变化。
(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；
层流： u 0.5umax 湍流： u 0.8umax
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；
(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，
即：qVB qVA
A( f B ) B ( f A)
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
2.6 流体输送设备
流体流动需要一定的推动力来抑制管路和设备的阻力， 才能把流体从低处送到高处，或从低压系统输送到高 压系统。一般把输送液体的机械通称为泵，输送气体 的①机动械力称〔为叶轮风〕机式或利压用缩高机速。旋转的叶轮给流体提供动能。
②容积〔正位移〕式 利用活塞、齿轮、螺杆等直接挤压流体 ③不属于上述类型的其它形式的泵，如喷射泵。 作用：向系统输入能量，补充所需机械能；
出的流量与扬程、功率, 效率之间的关系曲线称为
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假设流经管道的流体为不可压缩的流体，对截面1、 2列写： 2 '2 1 1 连续运动方程： D v d v （1）
4 1 4 2
伯努利方程：
P v1 P v 2 （2）
' 1 1 2 ' 2 1 2
' 2
2
2
d 由1式得： v1 v 2 D
代入2式
4．配套仪表
双管差压计、双波 纹管差压计、电容 式差压变送器等。 若直接显示流量， 仪表内需要有开方 器。
思考题：
采用孔板、差压变送器组成的测量系统测 量管道内流体的流量。已知差压变送器的 量程为0—0.6KPa，输出4—20mA，对 应流体的流量为0— 4.0m3 / s 。 1.当仪表的指示流量为 时，对 应的孔板两端的输出压差为多少？ 当差压变送器的输出为12mA时，流体的 流量为多少？
8030涡轮式流量传感器
专为轻腐蚀性无固 态的液体设计，整 体涡轮和电子模板 可通过卡式插头快 速方便地连接，传 感器产生一个与流 量成比例，便于发 送和处理的频率信 号。
V M 0.12 C
（1+ε ）=1.0034
所以气体的可压缩性程度对于动压的影响很小，一 般情况下可忽略。
1.测量原理
国标中规定：测压管的使用上限流体马赫 数M<0.25，测量下限流速在全压孔的 Re>200。上限或下限的规定都是为了避免 造成过大的测量误差。
2．静压的测量
•（1）测量原理：
r 2 Vr Vo 1 R
V 1 V0 2 （2）紊流：
r0=0.7071R
1 n
r V r Vo 1 R
V 1 V0 2
r0=0.762R
所以如果知道被测流 体的状态，可根据流 体的流速分布情况布 置测点，
测点的选择
Pj v P0 0
1 2 2
v
2
( P0 Pj ) _________动力测压法基本公式
结论：测出全压和静压即可测得流体流速。
1.测量原理
对于可压缩性气体总压和静压之间关系式为：
P0 Pj 1 v 2 (1 ) 2
可压缩性修正系数
M 2 2 k 4绝热指数 M 4 24 马赫数 •在通风空调工程中，气体流速一般低于40m/s，空 气温度为20℃，常温下音速为343m/s，
角接取压的取压孔位于孔板 或喷嘴上下游两侧端面处。
法兰取压的取压孔轴线 与孔板上下游两侧端面 的 距 离 各 为 25.4±1mm 。
（2）流体条件及管道要求
1）标准节流装置只适用于圆形截面的管道中单项、 均质流体的流量，流体应充满圆管并连续稳定流 动，流速应小于亚音速，流体在到达节流件前应 是充分发展的紊流。 2）节流件上下游的直管段长度应符合标准的要求。
二．
qm—质量流量 qw—重量流量 qv—体积流量
表达方式
kg/s kgf/s m3/s
qm qw q v g
转换关系：
•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。
流量计分类
1．差压式流量计：如：毕托管、孔板、喷嘴、 文丘里管、转子流量计等 2．速度式流量计：流体推动叶轮旋转，叶轮转 速与流速成正比。如：水表、涡轮流量计。 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。
流量公式
f v f g v f g pAf
1 p v f g( f ) Af 2 Q A0 p
由上面两式
Q A0 2 gv f Af
f
由于锥度小，
Q ch
A0 ch
Af
2 gv f
f
流量公式
刻度校正
转子流量计在出厂时，对于测量气体的流量 计，是以空气标定流量的，对于测量液体的 流量计是以水标定流量的。当转子流量计用 于其他气体或液体流量测量时，应进行密度 修正。对应的校正系数为：
以等环面法为例：
圆形管道 1. 将截面分成面积相等的数个 同心圆环。一般n>=5，直径 小于300mm时，n=3 2. 按中间矩形法布置测点。在 每一个圆环内布置测点，测 点所在圆周恰将圆环面积平 分，推荐均布四个。也可按 切比雪夫法布置测点。 3. 平均流速等于各点平均
二．利用节流装置进行流量测量
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) ℃ ℉
60-8800
1-140.0 0-60 32-140
HH50系列智能金属管浮子流量计
四．动压平均管（阿纽巴管、笛形管） 测量平均动压，即测量平均流速。
大家都见过水表吧
第五节 叶轮式流量计
一．水表 分类：根据水流特点： 切线流： 单流束、多流束 竖式流： 轴流式： 根据流量指示部分位置： 湿式水表：流量指示部分处于水中 干式水表：流量指示部分处于空气中。
v2
1 d 1 D
'
4
P
2
' 1
P2'
qv F v2
d '2 4
1 d' 1 D
4
P
2
' 1
P2'
kg/s
继续 看吧
d
qm F v2 4 d
'2
1 d' 1 D
4
第七章 流速及流量测量
空气流速流量测量方法
机械法 转杯风速仪 动压法 毕托管 散热率法 热线风速仪，热球风速仪，可 测低速 节流式 喷嘴 激光测速、超声波 卡门涡街
第一节 流速测量
一．机械法测量流速 二．散热率法测量流速 三. 动压法
一．机械法测量流速
1．种类：翼式、杯式
三．转子流量计
•恒压降变截面
流量不同转子的高度不同
qv F0
2
P
看看原理吧
（1）当压差Δ P对浮子产生 向上的作用力与介质对浮 子的浮力之和等于浮子重 量时，浮子就处于平衡状 态。 （2）随着流量的增加，差压 Δ P增大，所以浮子上升。 （3）随着流量减少，差压Δ P减小，所以浮子 下降，
（1）介质为液体 k1
f f
0
0
刻度校正
Q ch
Q ch
2 gv f Af
2 gv f Af
f 0 k1 0
f f
0
0
f
（2）介质为空气 0 或 k2
PT 0 P0T
第三节 差压式流量计
一．利用毕托管测量流量
问题？
利用毕托管可以测得管道内流体的流速， 但毕托管所测得的是点流速，而由于流体 的粘性作用，管道内截面上各点的分布并 不均匀，而要想得到管道内流体的流量需 要得到管道内的平均流速，而管道内哪一 点的流体流速等于平均流速呢？
先看看管道内流体的速度分布吧
（1）层流：
2 P P
' 1
' 2
m3/s
P
' 2
用实际测得的压差代替 P P ，d’用孔板的开 d 口孔径d代替， 用β 表示，并且采用一流出系 D 数C或流量系数α 。上述公式为：
' 1
继续 看吧
CC 2 2 22 2 2 2 22 2 22 C 2 2 2 qv qv d dd PP dd PP 0F0 P P qv P d P F F0 P 4 44 4 44 1 11 4 44
v kp 2
( P0 Pj）
kp为速度校正系数，一般情况下毕托管在使用 之前需要进行标定，以确定速度校正系数。
想知道分类吗
（1）L形毕托管：标准形毕托管，
继续看吧
（2）T形毕托管：迎着 流体的开口端测量流 体的总压，背着流体 的开口端测量流体的 静压。一般用于测量 含尘浓度较高的空气 流速，速度校正系数 一般为0.83—0.87。 例如测量烟气流速。
10
0.1 0.1 0.1
± 3% or 10 位
± 3% or 0.1 位 ± 0.8 ± 1.5
二．散热率法测量流速
原理：散热率与流体的流速成正比。 1．热线风速仪 测量方法：恒电流法、恒温法
I I→ v T
T →v
恒流型
恒温型
三．动力测压法测量流速
1．原理
A B
•当气流速度较小，可不考虑流体的可压缩性，并认 为他的密度为常数，建立伯努利方程：
m3/s
qm F0 2P
kg/s
若流体为可压缩性流体，则
qm F0 2P
kg/s
流量系数α 由实验决定，与节流件形式、 取压方式、RED、m管道粗糙度有关。
3．标准节流装置
（1）标准节流装置取压方式
角接取压 法兰取压 环室取压
标准孔板：
直接钻孔取压
标准喷嘴：角接取压 文丘里管：角接取压
二．涡轮流量计
1.传感器组成
二．涡轮流量计
详细结构
2.工作原理
转数
4 1 4 2
伯努利方程：
P v1 P v 2 （2）
' 1 1 2 ' 2 1 2
' 2
2
2
d 由1式得： v1 v 2 D
代入2式
4．配套仪表
双管差压计、双波 纹管差压计、电容 式差压变送器等。 若直接显示流量， 仪表内需要有开方 器。
思考题：
采用孔板、差压变送器组成的测量系统测 量管道内流体的流量。已知差压变送器的 量程为0—0.6KPa，输出4—20mA，对 应流体的流量为0— 4.0m3 / s 。 1.当仪表的指示流量为 时，对 应的孔板两端的输出压差为多少？ 当差压变送器的输出为12mA时，流体的 流量为多少？
8030涡轮式流量传感器
专为轻腐蚀性无固 态的液体设计，整 体涡轮和电子模板 可通过卡式插头快 速方便地连接，传 感器产生一个与流 量成比例，便于发 送和处理的频率信 号。
V M 0.12 C
（1+ε ）=1.0034
所以气体的可压缩性程度对于动压的影响很小，一 般情况下可忽略。
1.测量原理
国标中规定：测压管的使用上限流体马赫 数M<0.25，测量下限流速在全压孔的 Re>200。上限或下限的规定都是为了避免 造成过大的测量误差。
2．静压的测量
•（1）测量原理：
r 2 Vr Vo 1 R
V 1 V0 2 （2）紊流：
r0=0.7071R
1 n
r V r Vo 1 R
V 1 V0 2
r0=0.762R
所以如果知道被测流 体的状态，可根据流 体的流速分布情况布 置测点，
测点的选择
Pj v P0 0
1 2 2
v
2
( P0 Pj ) _________动力测压法基本公式
结论：测出全压和静压即可测得流体流速。
1.测量原理
对于可压缩性气体总压和静压之间关系式为：
P0 Pj 1 v 2 (1 ) 2
可压缩性修正系数
M 2 2 k 4绝热指数 M 4 24 马赫数 •在通风空调工程中，气体流速一般低于40m/s，空 气温度为20℃，常温下音速为343m/s，
角接取压的取压孔位于孔板 或喷嘴上下游两侧端面处。
法兰取压的取压孔轴线 与孔板上下游两侧端面 的 距 离 各 为 25.4±1mm 。
（2）流体条件及管道要求
1）标准节流装置只适用于圆形截面的管道中单项、 均质流体的流量，流体应充满圆管并连续稳定流 动，流速应小于亚音速，流体在到达节流件前应 是充分发展的紊流。 2）节流件上下游的直管段长度应符合标准的要求。
二．
qm—质量流量 qw—重量流量 qv—体积流量
表达方式
kg/s kgf/s m3/s
qm qw q v g
转换关系：
•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。
流量计分类
1．差压式流量计：如：毕托管、孔板、喷嘴、 文丘里管、转子流量计等 2．速度式流量计：流体推动叶轮旋转，叶轮转 速与流速成正比。如：水表、涡轮流量计。 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。
流量公式
f v f g v f g pAf
1 p v f g( f ) Af 2 Q A0 p
由上面两式
Q A0 2 gv f Af
f
由于锥度小，
Q ch
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Af
2 gv f
f
流量公式
刻度校正
转子流量计在出厂时，对于测量气体的流量 计，是以空气标定流量的，对于测量液体的 流量计是以水标定流量的。当转子流量计用 于其他气体或液体流量测量时，应进行密度 修正。对应的校正系数为：
以等环面法为例：
圆形管道 1. 将截面分成面积相等的数个 同心圆环。一般n>=5，直径 小于300mm时，n=3 2. 按中间矩形法布置测点。在 每一个圆环内布置测点，测 点所在圆周恰将圆环面积平 分，推荐均布四个。也可按 切比雪夫法布置测点。 3. 平均流速等于各点平均
二．利用节流装置进行流量测量
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) ℃ ℉
60-8800
1-140.0 0-60 32-140
HH50系列智能金属管浮子流量计
四．动压平均管（阿纽巴管、笛形管） 测量平均动压，即测量平均流速。
大家都见过水表吧
第五节 叶轮式流量计
一．水表 分类：根据水流特点： 切线流： 单流束、多流束 竖式流： 轴流式： 根据流量指示部分位置： 湿式水表：流量指示部分处于水中 干式水表：流量指示部分处于空气中。
v2
1 d 1 D
'
4
P
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' 1
P2'
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1 d' 1 D
4
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' 1
P2'
kg/s
继续 看吧
d
qm F v2 4 d
'2
1 d' 1 D
4
第七章 流速及流量测量
空气流速流量测量方法
机械法 转杯风速仪 动压法 毕托管 散热率法 热线风速仪，热球风速仪，可 测低速 节流式 喷嘴 激光测速、超声波 卡门涡街
第一节 流速测量
一．机械法测量流速 二．散热率法测量流速 三. 动压法
一．机械法测量流速
1．种类：翼式、杯式
三．转子流量计
•恒压降变截面
流量不同转子的高度不同
qv F0
2
P
看看原理吧
（1）当压差Δ P对浮子产生 向上的作用力与介质对浮 子的浮力之和等于浮子重 量时，浮子就处于平衡状 态。 （2）随着流量的增加，差压 Δ P增大，所以浮子上升。 （3）随着流量减少，差压Δ P减小，所以浮子 下降，
（1）介质为液体 k1
f f
0
0
刻度校正
Q ch
Q ch
2 gv f Af
2 gv f Af
f 0 k1 0
f f
0
0
f
（2）介质为空气 0 或 k2
PT 0 P0T
第三节 差压式流量计
一．利用毕托管测量流量
问题？
利用毕托管可以测得管道内流体的流速， 但毕托管所测得的是点流速，而由于流体 的粘性作用，管道内截面上各点的分布并 不均匀，而要想得到管道内流体的流量需 要得到管道内的平均流速，而管道内哪一 点的流体流速等于平均流速呢？
先看看管道内流体的速度分布吧
（1）层流：
2 P P
' 1
' 2
m3/s
P
' 2
用实际测得的压差代替 P P ，d’用孔板的开 d 口孔径d代替， 用β 表示，并且采用一流出系 D 数C或流量系数α 。上述公式为：
' 1
继续 看吧
CC 2 2 22 2 2 2 22 2 22 C 2 2 2 qv qv d dd PP dd PP 0F0 P P qv P d P F F0 P 4 44 4 44 1 11 4 44
v kp 2
( P0 Pj）
kp为速度校正系数，一般情况下毕托管在使用 之前需要进行标定，以确定速度校正系数。
想知道分类吗
（1）L形毕托管：标准形毕托管，
继续看吧
（2）T形毕托管：迎着 流体的开口端测量流 体的总压，背着流体 的开口端测量流体的 静压。一般用于测量 含尘浓度较高的空气 流速，速度校正系数 一般为0.83—0.87。 例如测量烟气流速。
10
0.1 0.1 0.1
± 3% or 10 位
± 3% or 0.1 位 ± 0.8 ± 1.5
二．散热率法测量流速
原理：散热率与流体的流速成正比。 1．热线风速仪 测量方法：恒电流法、恒温法
I I→ v T
T →v
恒流型
恒温型
三．动力测压法测量流速
1．原理
A B
•当气流速度较小，可不考虑流体的可压缩性，并认 为他的密度为常数，建立伯努利方程：
m3/s
qm F0 2P
kg/s
若流体为可压缩性流体，则
qm F0 2P
kg/s
流量系数α 由实验决定，与节流件形式、 取压方式、RED、m管道粗糙度有关。
3．标准节流装置
（1）标准节流装置取压方式
角接取压 法兰取压 环室取压
标准孔板：
直接钻孔取压
标准喷嘴：角接取压 文丘里管：角接取压
二．涡轮流量计
1.传感器组成
二．涡轮流量计
详细结构
2.工作原理
转数