流体流动7-流量与流速测量

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
量计等
其他手段：
►热线测速仪 ►激光多普勒测速仪
►摄像机等
一、毕托管（皮托管、测速管） Pitot tube
► 1732年：Henri
Pitot发明了毕托管 ► 1856年：Henri Darcy完善了毕托管
1、结构
2、测速原理
► B点：驻点，速度为零 ► B点的总势能Байду номын сангаас等于A点
的势能与动能之和 ► 利用驻点B与A点的势能 差可以测得管中的流速
（4）阻力损失大…缺点
► 缩脉后流道突然扩大：形成大量旋涡值
► 孔板流量计的阻力损失hf，hf正比于R，即说
明R是以机械能损失为代价取得的 ► 缩口愈小，孔口速度u0愈大，读数R愈大， 阻力损失也随之增大 ► 选择适当的面积比m以期兼顾适宜的读数和 阻力损失
► （5）确定孔径do按要求的最大流量设计，
floats
4、转子流量计的刻度校算与测量范围
► （1）刻度校算
► 标定：出厂前，用20℃水或20℃、101.3 kPa空气 ► 刻度换算：当被测流体与上述条件不符时，
应作
►
qv , b qv , A

A( f B ) B ( f A )
► 对于气体：
qv ,b qv , A
► 适用于低压气体的输送管道中的流量测量 ► 优点是能耗少 ► 缺点是：加工较难，精度要求高，造价高，
安装时需占去一定管长的位置
Largest Venturi Flow Meter in the world 180-in.-dia by 51.75-ft-long
improve the potable water supply and delivery to Las Vegas and the surrounding region, using Lake Mead as the source of raw water

C0
2 gR i

► C0称为孔板的流量系数（孔流系数）
►则 ►
qv C0 A0
2 gR i

…孔板的流量计算式
3、孔板流量计的特点
► （1）只能用于测量流量，不能用以测定速度
分布 ► （2）特点：恒截面、变压差
► （3）流量系数C0 ： ► 引入：形式与实质 ► C0 的影响因素：面积比 m 、流动情况 Red 、测
► 恒流速、恒压差、变截面 ► 转子上、下两端面的压差（p1-p2）为一常数 ► 由压差引起的浮力恒定不变 ► 不同的平衡高度形成不同的环隙面积 ► 转子流量计的永久阻力损失不随流量而变
►优点：
► 读取流量方便、直观
► 能量损失小 ► 可用于腐蚀性流体的测量
►缺点：
► 不能用于高温高压的场合
► 转子流量计必须垂直安装 ► 且应安装支路以便于检修
压口引出位置、孔口形状、加工精度（加工光 洁度、孔板厚度）、收缩与阻力等 ► C0的数值只能通过实验求得 ► 标准孔板，C0=f（Red，m） ► Red是以管径计算的雷诺数
Red
d1u1

► 实验所得的C0 ► 当 Red 增大到一定
值 后 ， C0 不 再 随 Red 而变，成为一 个仅决定于m的 常数
► 流量的少量变化将导致读数R的较大变化，表
示测量时灵敏度较大、准确度较好 ► 同时流量计所允许的测量范围较窄 ► 取决于视差和U型压差计的长度，存在着Rmax 和Rmin
qv max qv min Rmax Rmin
（3）测压口引出
► ► ► ►
角接法：取压口开在法兰前后，法兰和 孔板可配套供应 eccentric orifice 径接法：上游取压口距孔板1d处 下游取压口距孔板1/2d处
核算C0是否在常数区应以最小流量为准 ► （6）优点：结构简单，制造、安装、使用 较为方便，工程上应用广泛
4、孔板流量计的安装与测量范围
► （1）安装： ► 上游：（15～40）d
► 下游：5d
► 标准孔板厚度≤0.05d，d0≤0.08d，约为
6～12mm
（2）测量范围
► 当C0为常数时，qv2与R呈正比
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

► 以孔口速度u0代替上式中的u2
u u C
2 0 2 1
21 2

► 由连续性方程
►令
A0 m A1
u1A1=u0A0 u1=mu0
2 2 u0 u1 u0 1 m 2
► U型压差计：
P1-P2=Rg(i-)
2 gR i
2
u0
C 1 m
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
► １９７４年在美国纽约Ｔｈｉｅｌｓ附近发
生的波音７２７坠毁事故
► 皮托管和静压口的结冰，经常会形成固态的阻
碍物，将会使高度、空速、垂直速度及各种仪 表发出错误的数据指示，而直接威胁飞行安全 ► 当飞行员看到飞机的任何部位出现结冰现象时， 就应假设飞机的静压口已经出现结冰累积
二、孔板流量计
► 1、结构：
孔板 orifice plate
孔板流量计 orifice flow meter
► 一体化孔板流
量计 ► 现场数显、信 号远传兼容
5、文丘里流量计
采用渐缩渐扩管，避免了突然缩小和突然扩大，可 大大减少阻力损失
收缩角：15º ～25º 扩大角： 5º ～ 7º
streamline
► 孔流系数Cv约为0.98～0.99
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
► 毕托管制造精度影响测量的准确度
► 则需乘上一个校正系数C
uA C
2 R i g

► 对于标准测速管：C=1 ► 通常取C=0.98~1
3、毕托管的特点
…轴向线速度 ► 可测得沿截面的速度分布 ► 测流量的步骤 ► 由截面的速度分布或测量管中心的最大流速 ► 根据最大速度与平均速度的关系，求出截面 的平均流速 ► 求出流量 ► 图1-51
► 点速度（局部速度）
4、毕托管的安装
► （1）测量点位于均匀流段，即测量位置
应放在充分发展的流动中 ► 测量点的上、下游各有50d以上长度（d 为管径）的直管距离
►（2）毕托管口截面严格垂直于流动方向
►（3）do<d/50 ►（4）采用微压差计：如气体
5、毕托管的应用和注意事项：
广泛用于船舶和飞行体的测速
► （2）两端面的动能差
1 1 A0 / A1
2
u0

2V f ( f ) g Af
CR
2V f ( f ) g Af
qv C R A0
2V f ( f ) g Af
3、转子流量计的特点 Variable Area Flow Meter：
1
孔板流量计：C = 0.6~0.7 ► A0：流体流通面积：孔板流量计：孔口； ► 文丘里流量计：喉径 ► 毕托管：管截面积 Vf ► 转子流量计： R
►
Af
作业： 37、38、39
► 锐孔板 ► U型压差计
2、测量原理
► 缩脉处流速最大，而压强最小 ► 当流体以一定的流量通过小孔时，就产生一定的压
强差，流量愈大，所产生的压强差也愈大 ► 分析： 2 2
p1 u1 p2 u2 gz1 gz 2 2 2
u u
2 2 2 1
21 2