化工原理第一章流速和流量的测量

••2020/10/11
•【解】查得20℃苯的物性：
•面积比： •设Re＞ReC，由图1-40查得： •由公式可求得苯的体积流量：
••2020/10/11
•校核Re： 管内的平均流速为：
•管道的Re：
•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
••2020/10/11
•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。
••2020/10/11
•渐缩管
•喉管
••2020/10/11
•二、孔板流量计
•1、孔板流量计的结构 •（1）节流元件为孔板— —中央开有圆孔的金属板 （锐孔）； •（2）垂直安装在管道中 ； •（3）孔板前后分别引出 两个测压口，分别与压差 计相连。
•法兰 •金属孔板 •压差计
••2020/10/11
•孔板流量计实物图
••2020/10/11
••2020/10/11
•（5）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。 •（6）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。
•渐扩管
•测压口
•测压口
•文氏流量计的结构示意图
••2020/10/11
•文氏流量计实物图
••2020/10/11
•2、文丘里流量计的测量原理
•【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。
••2020/10/11
••2020/10/11
•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：
•0
•0
′
•由此可推得转子流量计的体积流量为：
•1
•1
′
•AR——转子上端面处环隙面积 •CR——转子流量系数
••2020/10/11
•4、流量的测定
•1、测速管的结构
•①两根弯成直角的同 心套管； •②内管管口敞开； •③外管的管口封闭； •④外管前端壁面四周 开有若干测压小孔。
•毕托管实物图
••2020/10/11
•【说明】为了减小 误差，测速管的前端 经常做成半球形以减 少涡流。
•外管测压小孔 在3～8D处
••2020/10/11
•【说明】1732年由法国工程师H.皮托首创，至今仍 是用来测量时均点流速的常用仪器。
••2020/10/11
•转子流量计实物图
••2020/10/11
•转子流量计实物图
••2020/10/11
•2、转子流量计的工作原理 •（1）当被测流体以一定的流量 流经转子与管壁之间的环隙时， 在转子上、下端面形成一个压差 ，将转子托起，使转子上浮。当 三个力平衡时，转子的位置不动 。 •（2）当流速增大时，压差变大 ，平衡破坏，转子位置上升； •（3）转子停留的位置可确定流 量的大小。
•文丘里除尘器
••2020/10/11
•文丘里除尘器
••2020/10/11
•文丘里除尘器
••2020/10/11
•锅炉脱硫除尘工艺流程图
••2020/10/11
••2020/10/11
•四、转子流量计
1、转子流量计的结构 •（1）金属外壳； •（2）上粗下细的锥形玻璃管（ 锥角约在4°左右）； •（3）固体转子（或称浮子）； •（4）流体自玻璃管底部流入， 经过转子和管壁之间的环隙，再 从顶部流出。
••2020/10/11
•（2）根据管内的最大流速与平均流速之间的关系 ，测出管内的最大流速，然后确定平均流速及流量 。该法要使用试差法，其具体步骤为： •①假设流型（层流或湍流）； •②由最大流速计算平均流速（如u＝0.5umax）； •③校核流型（与假设流型是否相符）。 •（3）根据皮托管测量管中心的最大流速，利用关系 曲线（图1－38）查取最大速度与平均速度的关系， 求出截面的平均速度，进而计算出流量。
••2020/10/11
•旋涡
•缩脉 •孔板
••2020/10/11
•7、孔板流量计的安装 •（1）水平安装在管路上； •（2）孔板流量计安装时，上、下游需要有一段内径 不变的直管作为稳定段，上游长度至少为管径的10 倍，下游长度为管径的5倍。
••2020/10/11
•【例】 20℃苯在φ133×4mm的钢 管中流过，为测量苯的流量，在管道 中安装一孔径为75mm的标准孔板流 量计。当孔板前后U形压差计的读数 R为80mmHg时，试求管中苯的流量 （m3/h）。
••2020/10/11
•【孔板流量计的两种取压方法】 •（1）角接法（角接取压） 其取压口在孔板前后两 片法兰上，尽量靠近孔板。 •（2）径接法（缩脉取压） 其上游取压口在距离孔 板1倍管径处，下游取压口在距离孔板0.5倍管径处 ，尽量接近缩脉。
••2020/10/11
•3、孔板流量计的流量方程 • 孔板流量计的流量与压差的关系，可由连续性方 程和柏努利方程推导。结果如下：
• 外管测压孔测得为静压头：
••2020/10/11
•内外管之压强差为：
•测速管管口处的点速度为：
•——测速管测定管内流体的点速度的 基 本公式
•【结论】可通过测量内、外管的压力差计算管内流 体的点速度。
••2020/10/11
• 若使用U形管压差计，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。
••2020/10/11
•【说明】（1）对于 A0/A1相同的标准孔板， C0只是Re的函数，并随 Re的增大而减小； •（2）当Re增大到一定 界限值之后，C0不再随 Re 变化，成为一个仅取 决于A0/A1的常数； •（3）选用或设计孔板 流量计时，应尽量使常 用流量在此范围内。常 用的C0值为0.6～0.7。
•数字压差计 •孔板流量计
•一体化的孔板流量计
••2020/10/11
•安装在管路上的孔板流量计
••2020/10/11
•缩脉
•流束扩大
•2 孔板流量计的工作原理
•流束收缩
•【说明】（1）当流体以一定流量流 经孔板时，在孔板前后产生一定的压
力差 ΔP＝P1－P2； •（2）流量愈大，ΔP也就愈大，即：
•3、文丘里流量计的流量计算 • 由于文丘里流量计的测量原理与孔板流量计相同 ，其流量计算公式也与孔板流量计相似，即：
•式中 CV——文丘里流量计的流量系数（约为0.98～0.99）；
•
A0——喉管处截面积，m2。
••2020/10/11
••2020/10/11
•一体化文丘里流量计
••2020/10/11
•3、文氏流量计的优缺点 •【优点】阻力损失小，大多数用于低压气体输送中 的测量； •【缺点】加工精度要求较高，造价较高，并且在安 装时流量计本身占据较长的管长位置。
••2020/10/11
•【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。
化工原理第一章流速和流量 的测量
••2020/10/11
•第六节 流量的测量
• 流量计的两种类型
•1、变压头流量计
•【特点】将流体的动压头的变化以静压头的变化的
形式表示出来。读数指示由压强差换算而来。
•【例如】测速管、孔板流量计和文丘里流量计。
•【说明】除测速管测定管截面上的点速度外，其余
均测得平均速度。
•5、转子流量计的标定与刻度换算 •（1）标定 • 转子流量计上的刻度，是在出厂前用某种流体进 行标定的。 • ①液体流量计用20℃的水（密度约为1000kg/m3） 标定； •②气体流量计用20℃和101.3kPa下的空气（密度为 1.2kg/m3）标定。
••2020/10/11
•毕Hale Waihona Puke Baidu管实物图
••2020/10/11
•空速管
••2020/10/11
•2 测速管工作原理
• 测速管的内 管与外管分别 与U形压差计 相连。
•【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。
••2020/10/11
•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 与静压头之和，称为冲压头（能）。
••2020/10/11
•6、流量的确定——试差法 •（1）先假设Re超过Re界限值ReC， 由A0/A1从图140中查得C0； •（2）根据公式计算流量qV，再计算管道中的流速u 及相应的Re； •（3）若所得的Re值大于界限值ReC, 则表明原来的 假设正确，计算结果有效；
•（4）否则需重新假设C0，重复上述计算，直至计算 值与假设值相符为止。
•实际使用时
•c =0.98~1.00（校正系数）
••2020/10/11
•4、平均流速与流量的确定 •（1）根据测速管测得的管截面各处的点速度，建立 流体在管内的速度分布方程，然后对速度分布方程 进行积分，获得体积流量及流速。其具体步骤为： •①获得流体在管内的速度分布方程式： ur＝f(r) •②对速度分布方程式进行积分以得到流量及平均流 速：
••2020/10/11
•【说明】u/umax的关系较为复 杂，与Re有关。因此，Re不同 时，速度分布式亦不同。
•u/umax～Remax(Re)关系图
••2020/10/11
•5、使用皮托管的注意事项
•（1）测速管应放置于流体均匀流段； •（2）内管管口截面严格垂直于流动方向； •（3）测量点的上，下游应有50倍直径长的直管距离 ，至少应有8~12倍直径长的直管段。 •（4）如果测速管的压差读数太小，可配微压计。
•——孔板流量计基本方程式
•【说明】u0为流体经过孔板的流速。 •其 中
•——流量系数或孔流系数
••2020/10/11
•4、流量的计算 • 将U形压差计公式代入式中，得孔板处的流速：
•【体积流量的计算】
•【质量流量的计算】
••2020/10/11
•5、孔流系数的确定
• 通过实验发现，C0的影响因素有： •（1）管道流动的雷诺数Re； •（2）孔面积与管道面积比A0/A1； •（3）孔板的取压方式； •（4）孔板的加工精度； •（5）管壁粗糙度等。 •【说明】由于影响因素众多，目前还无法从理论上 计算C0 ，只能依靠实验数据所获得的实验曲线，根 据操作条件查找。
••2020/10/11
•【处理方法】对于取压方式、结构尺寸、加工状况 均已规定的标准孔板，流量系数C0可以表示为：
•式中Re是以管道的u1、d1计算的雷诺数，即：
•【实验曲线】对于按标准规格及精度制作的孔板， 用角接取压法安装的标准孔板流量计，实验测得的 C0与Re、A0/A1的关系曲线如图1－40所示。
••2020/10/11
•2、变截面流量计 •【特点】流体通过流量计时的压力降是固定的，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。（恒压差、变截 面） •【例如】转子流量计。 •【说明】变截面流量计可直接测得流体的体积流量 。
••2020/10/11
•一、测速管（Pitot tube 皮托管）
•【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。
••2020/10/11
••2020/10/11
•7、孔板流量计的优缺点 •【优点】构造简单，安装方便 。 •【缺点】流体通过孔板流量计的阻力损失很大。主 要是由于流体流经孔板时，截面的突然缩小与扩大 形成大量涡流所致。虽然流体经管口后某一位置流 速已恢复与孔板前相同，但静压力却不能恢复，产 生了永久压力降。
•流体流经孔板的状况