化工原理1-7

化工原理课件
流体密度ρ，指示液密度 ρ0 ，读数为R。
ur =
2∆p =
ρ
2 gR( ρ 0 − ρ ) ρ
3. 使用皮托管的注意事项 ① 测的是点速度，可用于测定速度分布； ② 测定流量须测平均速度，或据速度分布 规律换算得到平均速度； ③ 置于均匀流段，管口截面严格垂直于流 向，上、下游管段>50d。洁净流体。
AR ——最小环隙截面 CR ——转子流量计系数
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Vs = f ( AR )
3. 刻度校正：
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可将刻度标于筒壁上。
刻度与ρ有关，出厂按20℃水或20℃、
0.1MPa空气标定。测其它流体应换算。若 CR相同，忽略黏度影响：
V s2 = ρ1(ρ f − ρ2 )
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pa − pb = gR(ρ0 − ρ )
② C0 ：C0 = f (Re,ε / d , 取压方式 , A0 / A1 ) 实验测定。对光滑孔，角接取压， C0仅
与Re和面积比有关，见p.70图。
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☻ Re>Rec，C0=const.，取决于A0/A1 。尽
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转子平衡时： ( p1 − p2 )Af = V f (ρ f − ρ )g
Af ——转子最大截面 Vf ——转子体积
( p1
−
p2 ) =
Vf
g(ρ f
Af
−
ρ)
=
const .
2 2'
仿前式： Vs = CR AR
2( p1 − p2 )
ρ
1 1'
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④ 皮托管直径小于管径的1/50。
⑤ 严格讲需要校正： ur = C
2 gR( ρ 0 − ρ ) ρ
一般：C=0.98~1.00，使用时可不校正。
☻ 结构简单，对被测流体的阻力小，尤其
适用于低压、大管道气体流速的测量。
☻ 输出的压差信号较小，一般需要放大后
0.6
校核：u1 = Vs / A1 = 60×π / 4× 0.0752 = 2.26 m / s
Re
=
ρu1d1 µ
=
1600 × 2.26 × 0.075 1.5 × 10−3
=
1.81 × 105
Rec ≈ 1.2 × 105
与假设相符
则锐孔直径约为：45.7mm。
☻ 亦可由假设直接查出A0/A1，算出孔径。
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2. 工作原理（端头可视为一个点） 水平管路，内管测得管口所在点的流体
动压与静压之和，称为冲压 。
p1 = ur2 + p
ρ 2ρ
外管测得静压：p2 / ρ = p / ρ
二者压差：
∆p =
p1 −
p2
=
ur2
ρ
ρ
2
2∆p
ur = ρ
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2. 原 理 ： 与 孔板流量计相同， 通过改变流体流通 截面积引起动能与 静压能改变。
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Vs = CV A0
2gR(ρ0 − ρ )
ρ
CV —— 文丘里流量系数
☻ 实测或查手册。一般CV ≈ 0.98 ~ 0.99。
3. 特点与注意事项
☻能损小；加工精度高，成本高；流量
计本身占据较长位置
☻ 上游测压点距开始收缩处>
1 2
d
;
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四、转子流量计（ Rotameter ）
1. 结构：垂直锥形管内放置可上下浮动
的转子， ρ f > ρ 。
2. 原 理 ： 转 子 上下截面压差(p1－p2) 形成的向上推力与转 子净重力平衡。稳定 位置与流体通过环隙 的流速 u0 有关。流量 与截面一一对应。
才能较为精确地显示其读数。
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二、孔板流量计（Orifice Meter）
1. 结构：主要元件是管道中插入的一块 中心开圆孔的板（锐孔）。用U管测量孔板前 后的压差。
2. 原理：
A↓→u↑→p↓ ； Vs↑→u↑→Δp↑
Vs 与 Δp 一 一 对 应。
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ρ
应用 Σhf 误差 角接取压
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u0 =
C 1 − ( A0 / A1 )2
2( pa −
ρ
pb )
=
C0
2( pa − pb )
ρ
C0 —— 孔板流量系数（孔流系数）
流量：Vs = u0 A0 ; ws = ρu0 A0
① U管指示液密度 ρ0，读数为R，则 ：
不超过600mm。求锐孔直径。
解：
Vs = C0 A0
2gR(ρ0 − ρ ) ρ
需要试差：设Re>Rec，且C0=0.65，则：
A0
=
Vs C0
ρ
= 0.00164 m2
2gR(ρ0 − ρ )
d0 =
4A0 = 0.0457 m
π
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A0 = ( d0 )2 = 0.37 A1 d1
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流体经孔板时流道缩小，动能增加，由
于惯性流出孔口后继续收缩形成最小截面
（缩脉）2-2'。该处流速最大静压最低。
为测得最大压差，应取上游截面1-1'与缩
游截面2-2'， 但缩脉位置
1
0
2
难以确定， 故一般以孔
0'
2'
1'
板处为下游
截面0-0'。
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0.40
直到合适。
☻ Re = ρ u1d 1
ρ
0.64
0.62
0.60
0.58
104
105
Re
0.30 0.20 0.10 0.05
106
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3. 特点与注意事项
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优点：构造简单，制作、安装方便。
缺点：阻力损失大。边缘易磨损，需
定期校正。
永久损失： h'f
§1 流体流动的基本参数 §2 流体静力学基本公式及其应用 §3 管内流体流动的基本规律 §4 流体流动的类型与速度分布 §5 流体流动的阻力 §6 管路计算 §7 流量测量
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§7 流量测量
一、测速管（Pitot tube）
1. 结构：同心 套管，内管前端开 口 —— 冲 压 管 ； 外 管前端封闭，距端 头一定距离在管壁 周围开几个小孔— —静压管。
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列1-0间Be，忽略
Σh
f
：
p1
ρ
+
gz1
+
u12 2
=
p0
ρ
+
gz0
+
u02 2
对水平管，有： 1
u02 − u12 =
2( p1 − p0 )
ρ
0
2
0'
2'
据连续性方程：
1'
u1 A1 = u0 A0
代入上式，则：
1 u0 = 1 − ( A0 / A1 )2
2( p1 − p0 )
= ∆p'f
ρ
=
pa − pb (1 − 1.1 A0 )
ρ
A1
安装要求： 上下游要有足够的直管
段，上游50d，下游10d；孔板垂直，与管
中心对准。
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三、文丘里流量计（Venturi Meter ）
1. 结构：用渐缩渐扩流道的文丘里管代 替孔板（文氏喉），避免流体出现边界层分 离产生旋涡，阻力损失较小。
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The principles of Chemical Engineering
主讲、制作：齐世学
烟台大学化学生物理工学院
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Ch1 流体流动（Fluid Flow）
差压流量计：截面不变，流量与压差对应 截面流量计：压差恒定，流量与截面对应
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例1-22 用孔板流量计测φ80×2.5mm钢管中密度
为 1600kg/m3 ， 黏 度 1.5×10-3Pa.s 流 体 流 量 ， 角 接 取
压，最大流量600L/min，U管（指示液为水银）读数
VS1
ρ2(ρ f − ρ1)
对于气体： V s,g2 = ρ g1(ρ f − ρ g2 ) ≈ ρ g1
Vs,g1
ρg2(ρ f − ρg1)
ρg2
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4. 特点与注意事项：
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☻ 读取方便，能损较小，流量范围宽，
可测腐蚀性流体；
☻ 管壁一般为玻璃，不耐高温高压； ☻ 安装必须保持垂直。
量工作在该范围内，一般C0≈0.6～0.7。