流速和流量的测量
流体力学(4)
· · ·
·
表：矩形管道截面沿边长均匀分布的测点数量： 管道断面的 边长/mm 测点排数 ≤500 3 501~ 1000 1501 2100 1000 ~1500 ~2000 ~2500 4 5 6 7 ＞2500 8
7
a
A
◆用毕托管测速应注意的问题： ⑴ 毕托管的方向要准确； ⑵ 选择测点时要尽可能避免靠近拐弯、截面改变和有阀件 的地方，在测点上游直管的长度应大于 7.5 d ，下游直 管长度应大于 3 d（d 为管道直径）。 ⑶ 一般要求测速管的直径不能大于管道直径的1/50。
10
2 ( p1 p2 ) 2p ∴ v2 2 [1 ( A2 A1 ) ] [1 ( A2 A1 )2 ]
d
考虑下列情况，对上式进行修正，引入引入校正系数C： ① 实测 p≠p1－p2 （实际中采用角接取压） ② 有永久压强降存在 ③ 用A0代替A2，以v0代替v2，令 m＝A0 /A1 A0 —孔板孔口面积，v0 —孔板孔口处流体的流速。
F qv (v 2 v1 )
上式的物理意义是：作用在所研究的流体上外力总和等 于单位时间内流出与流入的动量之差。
25
※为了便于计算，通常将动量方程写成空间坐标的投影式， 即：
∑Fx＝ qv (v2x－v1x ) ∑Fy＝ qv (v2y－v1y ) ∑Fz＝ qv (v2z－v1z )
(f－液) 水 (f－水) 液 (f－气) 空气 (f－空气) 气
∵f >>气， f >>空气，∴上式可简化为：
空气 气
23
◆安装要求： ⑴ 在管道中严格保持垂直。 ⑵ 要求在流量计上游应至少有 5D 长的直管（D为仪表的 公称直径）。
流速与流量测量PPT课件
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
4
一．机械法测量流速
1．种类：翼式、杯式
翼式
适用范围杯：式 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。
P 0Pj 1 2v2(1) 可压缩性修正系数
M2 2kM4绝热 指 数
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，
M V 0.12 （1+ε）=1.0034
C
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。
14
• 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。
21
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。
22
四．激光多普勒测速技术
激光多普勒测速仪是利用随流体运动的 微粒散射光的多普勒效应来获得速度信 息，静止的激光光源发射的激光照射到 随流体运动的粒子上，同时粒子又将接 收到的光波向外散射，当静止的光接收 器接收散射光时，光接收器所收到的散 射光频率fs与静止光源的光波频率f0之 差与运动粒子的速度成正比。这个差值 就叫多普勒频率。
表二达．方式
qm—质量流量 qw—重量流量 qv—体积流量
流体流速与流量的计算与测量
流体流速与流量的计算与测量流体流速与流量是涉及流体力学的重要概念，对于流体力学的研究和实际应用具有重要意义。
本文将介绍流体流速与流量的概念，以及计算和测量相应数值的方法。
一、流体流速的概念及计算方法流体流速是指流体在单位时间内通过管道或任何其他容器横截面的体积流量。
流体流速可以用公式v = Q/A来计算，其中v表示流速，Q表示流体通过横截面的体积流量，A表示横截面的面积。
根据流体的性质和实际应用的不同，我们需要采用不同的方法来计算流体流速。
以下是几种常见的计算方法：1. 流体通过管道的流速计算：当流体通过圆管时，我们可以使用公式v = 4Q/πD^2来计算流速，其中D表示管道的直径。
这个公式是基于流体连续性方程和泊松方程推导得出的。
2. 流体通过孔口的流速计算：当流体通过小孔或喷嘴时，我们可以使用公式v = √(2gh)来计算流速，其中g表示重力加速度，h表示从孔口到液面的高度差。
这个公式是基于能量守恒原理和伯努利定律推导得出的。
3. 流体通过泵的流速计算：当流体被泵送时，我们可以使用公式v = Q/A来计算流速，其中Q表示泵的流量，A表示泵出口的横截面积。
二、流体流量的概念及计算方法流体流量是指流体在单位时间内通过特定截面的质量或体积。
流体流量的计算方法根据不同的实际应用可以有所差异。
以下是几种常见的流体流量计算方法：1. 流体质量流量计算：流体质量流量可以使用公式m = ρQ来计算，其中m表示流体的质量流量，ρ表示流体的密度，Q表示流体通过截面的体积流量。
2. 流体体积流量计算：流体体积流量可以通过直接测量流体通过的容器的体积来计算。
具体的计算方法根据容器的形状和流体流动的特点可以有所不同。
三、流体流速和流量的测量方法为了准确地测量流体流速和流量，我们可以采用不同的设备和方法。
以下是几种常见的流体流速和流量的测量方法：1. 流速测量方法：- 流速测量仪：采用这种方法可以直接获得流体的流速数值，常见的流速测量仪有流量计和流速计。
4.9河流流速流量的测定
垂线水深
H<1m
方法名称
1点法 2点法 3点法 5点法
测速点位置
0.6h 0.2h, 0.8h 0.2h, 0.6h,0.8h 水面，0.2h, 0.6h,0.8h，水底
1m<H<3m
H>3m 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
实验室实验步骤
水样处理：过滤法。 量体积 沉淀 过滤 烘干 称重 含沙量计算
五点法：v=（v0.0+3v0.2+3v0.6+2v0.8+v1.0）/10
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 中间部分—按梯形计算
பைடு நூலகம்
河流泥沙含量的测定
河流当中的泥沙按照运动形式分为：悬移质、 推移质和河床质泥沙。 一般情况，河流中泥沙以悬移质为主。 河流当中的泥沙含量是指单位体积浑水内所 含干沙的质量。 P (含沙量)=WS / V P:水样含沙量(kg /m3); WS水样中干沙重量 (kg),V水样体积(m3)
水深测量
测深锤
流速仪测流速
流速与流速仪的转数之间的函数关系：
V=K N +C
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）
化工原理 第一章 流速和流量的测量
（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。
速：
2019/8/3
R
R
R
qV 0 urdA 0 ur 2rdr 2 0 rurdr
u qV A
（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。
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。
文丘里除尘器
2019/8/3
2019/8/3
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
流体力学实验_第四章流速与流量测量 [兼容模式]
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管柄堵塞的影响：毕托管管柄堵塞使流体过流面积 减小，流速增加，静压减小，总压不变。毕托管管柄 直径≤1/50管道直径且插入深度≤管道半径时可忽略
横向流速梯度的影响：毕托管头部与流体之间的相 互作用引起邻近流线的微小位移，使较高流速区的流 线移至总压孔处，总压增大。通过测压位置修正。
考虑温度效应，可采用
E 2 (Tw Te )( A BU n )
n
分段拟合多项式，即 E 2 ( Ai BiU CiU 2 DiU 3 ) 1 40
将热线风速仪的输出电压E和已知流动速度U直接联系在 一起，对每一个流速U，对应一个电压E值做出E-U曲线，也
就是校准曲线。
(1) 校准的原因
热线热膜探针的性能是随制造工艺、探针尺寸和金属丝、 膜的材料而异的，即使是相同的材料、制造工艺、尺寸， 其性能也不可能完全一样；
探针的性能和流体的温度、密度以及测量时的气压有关； 探针的性能也和实验室环境条件、污染情况有关； 探针使用后会发生老化； 探针的性能和流速范围有关； 探针在测量中是和仪器结合在一起使用的，真正的相应
对于给定的热线，e , R0 , A, B都为常数，因此 Iw, Rw,U 之间
存在确定的函数关系。
恒流静态方程
当工作电流 Iw＝常数时，Rw和U之间具有如下关系：
Rw
R0 ( A B Iw2e R0 ( A
U B
) U
)
恒流式热线风速仪
27
恒温静态方程
当工作电阻 Rw ＝常数时，Iw 和U之间具有如下关系：
Rw
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
流速、流量测量
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)；
流量和流速的测量
pf
,0
1dd10
2
(p1
p0)
孔板的缩口愈小，孔口速度愈大，阻力损失愈大。所
以，选择合适的孔板流量计A0/A1的值，是设计该流量计 的核心问题。
2024/6/21
三、文丘里流量计
管道中的流量为
Vs CvA0
2gR A
Cv的值一0.般 98~为 0.9。 9
优点：阻力损失小，大多数
用于低压气体输送中的测量
2024/6/21
令C0 CD
1
1A0 / A1 2
C0—— 孔 流 系 数 ，
u0C0
2p1p0
C0=f (A0/A1,Re1)
用孔板前后压强的变化就可以计算孔板小孔流速u0 U型管压差计读数为R，指示液的密度为ρA
p1p0AgR
u0 C0
2gRA
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若以体积或质量表达， 则
Vs C0A0
1) 优点 阻力损失小，测量范围宽， 流量计前后不需稳定管段。
2) 缺点 不耐高压 (小于0.5 MPa)， 管道直径有限 (小于50mm)。
2024/6/21
5、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) 为便于检修，流量计应有旁路。
6、使用
2、孔板流量计的工作原理
流体流到孔口时，流股截面收缩，通过孔口后，流股还 继续收缩，到一定距离（约等于管径的1/3至2/3倍）达到最 小，然后才转而逐渐扩大到充满整个管截面，流股截面最小 处，速度最大，而相应的静压强最低，称为缩脉。因此，当 流体以一定的流量流经小孔时，就产生一定的压强差，流量 越大，所产生的压强差越大。因此，利用测量压强差的方法 就可测量流体流量。
流速及流量测量介绍
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：
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。
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。
杯式
翼式
一．机械法测量流速
2.测量原理
空气通过转杯时，推动叶片转动。根据 叶片的角位移推算流过的空气量
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
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%)。
流速与流量的测量原理
流速与流量的测量原理流速和流量是涉及到流体力学的两个重要概念。
流速是指流体单位时间内通过某一截面的体积，并且与流体的运动状态有关；流量是指单位时间内通过某一截面的流体的体积，与流体通过某一截面的面积及流速有关。
流速和流量的测量原理有多种方法，下面将分别介绍。
一、流速的测量原理：1. 流速的测量原理之一是通过测量流体通过某一截面的时间和所通过的距离来计算流速。
具体操作是在流体管道中选择一个测量段，然后分别在测量段的上游和下游设置一个测量点。
通过在测量段内的两个测量点上分别放置两个计时器，当流体通过上游测量点时开始计时，当流体通过下游测量点时停止计时。
通过测量流体通过两个测量点之间的距离，可以得到流体通过测量段所需的时间。
根据流速的定义，可以使用以下公式计算流速：流速= 流体通过的距离÷流体通过的时间2. 流速的测量原理之二是通过测量流体通过某一截面的压力差来计算流速。
这种测量方法主要是基于伯努利方程，根据伯努利方程，流体的压力和速度之间存在一定的关系。
通过在流体管道的上下游设置两个压力传感器，可以测量流体通过这两个位置的压力差。
根据伯努利方程，可以使用以下公式计算流速：流速= √（2 ×压力差÷流体的密度）二、流量的测量原理：1. 流量的测量原理之一是通过测量流体通过某一截面的时间来计算流量。
这种方法主要适用于液体的流量测量。
具体操作是在流体管道中选择一个测量段，然后分别在测量段的上游和下游设置一个测量点。
通过在测量段内的两个测量点上分别放置两个计时器，当液体通过上游测量点时开始计时，当液体通过下游测量点时停止计时。
流体通过测量段所需的时间与流量有关，可以使用以下公式计算流量：流量= 流速×流体通过的面积2. 流量的测量原理之二是通过测量流体通过某一截面的流速来计算流量。
这种方法主要适用于气体的流量测量。
具体操作是在流体管道的截面上安装一个流速传感器，用于测量流体通过该截面的流速。
《化工原理》流速及流量测量
2Rg(0 )
质量流量
qm C0 A0 2Rg(0 )
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
（2）流量系数C0
对于取压方式（安装位置）、加工状况
（阻力损失相关）均已规定的标准孔板
C0
f (Red ,
A0 ) A1
Re是以管道的内径d计算的雷诺数
p1
u12 2
z1 g
p0
u02 2
z0g
p1
p0
(z0
z1 )g
2
(u02
u12 )
0′ 1′
( p1
p0 )Af
Af (z0
z1 )g
Af
2
(u02
u12 )
Vf g 流体的浮力
动能差
Vf (f
)g
Af
2
(u02
u12 )
由连续性方程
u1
u0
A0 A1
1
u0 1 A0 A1 2
1.7.3 文丘里（Venturi）流量计
属差压式流量计； 能量损失小。
qv CV A0
2Rg(0 )
CV——流量系数（0.98～0.99） A0——喉管处截面积 缺点： • 加工精度高，制造费用高； • 占据管道位置较长。
【例1-15】在图示的管路系统中，有一直径为 Ф38×2.5mm、长为30m的水平直管段AB，在其 中间装有孔径为16.4mm的标准孔板流量计来测量 流量，孔流系数Co为0.63，流体流经孔板的永久 压降为 6×104Pa，AB段摩擦系数λ取为0.022，试 计算：（1）流体流经AB段的压强差；（2）若泵 的轴功率为800W，效率为62％，求AB管段所消
流速流量测定课件
• 流速流量测定基础知识 • 流速流量测定方法 • 流速流量测定仪器设备 • 流速流量测定实验技术 • 流速流量测定案例分析 • 流速流量测定发展趋势与展望
01
流速流量测定基础知识
流速的定义及分类
流速的定义
流速是指流体在单位时间内流过 的距离，通常用速度矢量表示， 即流速=距离/时间。
3
误差分析
对实验结果进行误差分析，评估实验结果的可靠 性和精度。
05
流速流量测定案例分析
河流流速流量测定案例
测量原理
01
基于流体动力学原理，通过测量河流流速和过水断面面积，计
算出流量。
测量设备
02
流速仪、面积测量设备（如声呐测深仪）、数据采集器等。
测量方法
03
在河流断面选取若干个测点，测量每个测点的流速和深度，计
算每个测点的流速流量，取平均值即为整个断面的流量。
工业管道流速流量测定案例
测量原理
基于伯努利方程，通过测量管道内流体速度和压差，计算出流量 。
测量设备
压力传感器、流量计、数据采集器等。
测量方法
在管道上安装压力传感器和流量计，实时监测流体速度和压差，计 算流量并输出数据。
气象风速流量测定案例
测量原理
中的压差。
测量流速
在管道或渠道的上下游设置测 量点，使用流速测量仪器测量
流体的流速。
数据采集与处理
记录测量数据，通过计算公式 得出流量数据，对数据进行处
理和分析。
数据处理与分析方法
1 2
数据处理
对采集到的压差和流速数据进行处理，计算出流 量数据。
结果分析
根据实验结果，分析流体的流动状态、流量变化 趋势、影响因素等。
水流的流速与流量测算
水流的流速与流量测算水是我们生活中必不可少的资源之一，而在工程建设、水利灌溉以及环境保护等领域中，对水流的流速与流量的测算则显得尤为重要。
那么，究竟如何测算水流的流速与流量呢？本文将详细介绍其原理与方法。
一、水流的流速水流的流速是指水流在单位时间内通过某一截面的速度，通常用米/秒或厘米/秒来表示。
测算水流的流速有多种方法，其中比较常用的有以下三种：1. 浮物法采用这种方法，可以通过观察水中的浮物，在一定距离和时间内的位移推断出水流的流速。
具体步骤为：在距离测点一定的地方放置一个浮物，比如木片或小船，开始计时后观察浮物在水中的运动轨迹，记录在一定时间内浮物运动的距离，从而计算出水流的流速。
2. 流量计测速法这种方法通常采用流量计来测算水流的流速。
在流量计装置上，设有一个测流管，当水流经过该管时，流速会受到影响，进而使得流量计的指针或数字显示出相应的流速值。
这种方法操作简单、精度高，适用于各种规模的水流测量。
3. 加速度法这种方法主要是用于测算水流临时的流速。
方法是从水中取得样品，用测定仪器来测算水样的流速和其它参数，进而计算出水流的平均流速。
二、水流的流量水流的流量是指单位时间内通过某一截面的水体体积，通常用立方米或升每秒来表示。
测算水流的流量可以采用下列方法：1. 浮物法这种方法的原理是根据测量时间、距离和浮动物体的体积来确定水流截面内的水量。
具体步骤为：在水流截面内放置一个浮物，将其抬升至事先确定的高度，使它始终浸入水中，记录下其在浮动过程中的所用时间以及从浮物表面到水面上侧的距离。
然后根据这些数据计算水流截面内的水量，再由此计算出水流的流量。
2. 直接测量法这种方法是用通过水流截面的水流量与时间的乘积来计算水流的流量，其测定速度较快，适用于水流量较小的情况。
具体过程为：在测站的一侧安装一个设备，该设备可以记录通过水流截面的总水量和时间，最后根据时间和水流量的乘积来计算水流的流量。
3. 水平面法通过水平面法来计算水流的流量也是比较常用的方法。
水文测量中的流速和流量测量方法及数据处理流程
水文测量中的流速和流量测量方法及数据处理流程水文测量是研究水文学基础理论和实践应用的重要领域之一，其中流速和流量的测量是水文测量中的核心内容。
本文将介绍流速和流量的测量方法以及相应的数据处理流程。
一、流速测量方法1. 浮标法浮标法是一种简单且常用的流速测量方法。
测量时在水面上放置一个浮标，通过观察它在一段特定距离内通过的时间来计算流速。
这种方法适用于中小型河流和水渠中的流速测量。
2. 钢丝绳法钢丝绳法是一种常用于大型水体中的流速测量方法。
它利用定点两端之间拉一根钢丝绳，并在其中间测量绳长的变化，从而计算出流速。
采用此方法需要注意力绳的选择和固定，以及绳长测量的准确性。
3. 螺旋式流速计法螺旋式流速计法是一种精确且适用于各种水体的流速测量方法。
这种方法通过螺旋在水中旋转的原理，测量旋转的速度来求得流速。
采用此方法需要注意螺旋式流速计的选用和使用。
二、流量测量方法1. 水位流量法水位流量法是流量测量中最常用的方法之一。
它通过测量水位的变化来间接计算流量。
该方法需要结合水位与流量之间的关系曲线，通过测量准确的水位来估算流量。
2. 水流速度积分法水流速度积分法是一种准确测量流量的方法，它通过测量流速和宽度来计算流量。
根据水流速度在水体横截面上的分布情况，结合宽度的测量，可以得出流量的准确结果。
3. 视频测流法视频测流法是一种新兴的流量测量方法，它利用摄像技术和图像处理算法，实时监测水体中的流速和横截面形状，从而计算出流量。
这种方法无需直接接触水体，便于大范围和长时间的流量监测。
三、数据处理流程1. 测量数据的收集在水文测量中，测量数据的收集是第一步。
通过合适的测量仪器和方法，获取流速和流量的原始测量数据。
需要注意测量的准确性和重复性。
2. 数据的验证和筛选收集到的测量数据需要经过验证和筛选。
通过比对不同测量方法得到的结果，检验数据的可靠性和一致性，并排除异常值和干扰因素。
3. 数据的处理和分析处理和分析是数据处理流程中重要的一环。
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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。
1-6-2 孔板流量计图1-32 测速管一、孔板流量计的结构和测量原理在管路里垂直插入一片中央开有圆孔的板，圆孔中心位于管路中心线上，如图1-33所示，即构成孔板流量计。
板上圆孔经精致加工，其侧边与管轴成45°角，称锐孔，板称为孔板。
由图1-33可见，流体流到锐孔时，流动截面收缩，流过孔口后，由于惯性作用，流动截面还继续收缩一定距离后才逐渐扩大到整个管截面。
流动截面最小处（图中2－2截面）称为缩脉。
流体在缩脉处的流速最大，即动能最大，而相应的静压能就最低。
因此，当流体以一定流量流过小孔时，就产生一定的压强差，流量愈大，所产生的压强差也就愈大。
所以可利用压强差的方法来度量流体的流量。
设不可压缩流体在水平管内流动，取孔板上游流动截面尚未收缩处为截面1－1，下游取缩脉处为截面2－2。
在截面1－1与2－2间暂时不计阻力损失，列柏努利方程：2222222111u gZ p u gZ p ++=++ρρ因水平管Z 1=Z 2，则整理得()ρ2121222p p u u -=- （1-63）由于缩脉的面积无法测得，工程上以孔口（截面0－0）流速u 0代替u 2，同时，实际流体流过孔口有阻力损失；而且，测得的压强差又不恰好等于p 1－p 2。
由于上述原因，引入一校正系数C ，于是式1-63改写为：()ρ2121202p p Cu u -=- （1-64）以A 1、A 0分别代表管路与锐孔的截面积，根据连续性方程，对不可压缩流体有 u 1A 1=u 0A 0则 2102021⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=A A u u设m A A =1，上式改写为： 22021m u u = （1-65）将式1-65代入式1-64，并整理得 ()ρ21221p p m C u --=图1-33 孔板流量计再设021/C m C =-，称为孔流系数，则()ρ21002p p C u -= （1-66）于是，孔板的流量计算式为()ρ21002p p A C V s -= （1-67）式中p 1－p 2用U 型压差计公式代入，则()ρρρ-='200Rg A C V s （1-68）式中 ρ'、ρ——分别为指示液与管路流体密度，kg/m 3； R ——U 型压差计液面差，m ； A 0——孔板小孔截面积，m 2； C 0——孔流系数又称流量系数。
流量系数C 0的引入在形式上简化了流量计的计算公式，但实际上并未改变问题的复杂性。
只有在C 0确定的情况下，孔板流量计才能用来进行流量测定。
流量系数C 0与面积比m 、收缩、阻力等因素有关，所以只能通过实验求取。
C 0除与Re 、m 有关外，还与测定压强所取的点、孔口形状、加工粗糙度、孔板厚度、管壁粗糙度等有关。
这样影响因素太多，C 0较难确定，工程上对于测压方式、结构尺寸、加工状况均作规定，规定的标准孔板的流量系数C 0就可以表示为C 0=f （Re ，m ） （1-69） 实验所得C 0示于图1-34。
计C 0与Re 、10A A 的关系图1-34 孔板流量由图1-34可见，当Re 数增大到一定值后，C 0不再随Re=m 决定的常数。
孔板流量计应尽量设计在C 0=常数的范围内。
二、孔板流量计的安装与阻力损失1．孔板流量计的安装上游直管长度为管径的50倍，下游直管长度为管径的10倍。
若 缩短至5倍。
2．孔板流量计的阻力损失 孔板流量计的阻力损失h f ，可用阻力公式写为：()ρρρζζ-=⋅='Rg C u h f 20202 （1-70） 式中 ζ——局部阻力系数，一般在0.8左右。
式1-70表明阻力损失正比于压差计读数R 。
缩口愈小，孔口流速u 0愈大，R 愈大，阻力损失也愈大。
三、孔板流量计的测量范围由式1-68可知，当孔流系数C 0为常数时， V s ∝R上式表明，孔板流量计的U 型压差计液面差R 和V 平方成正比。
因此，流量的少量变化将导致R 较大的变化。
U 型压差计液面差R 愈小，由于视差常使相对误差增大，因此在允许误差下，R 有一最小值R min 。
同样，由于U 型压差计的长度限制，也有一个最大值R max 。
于是，流量的可测范围为：m i nm a x m i nm a x R R V V s s = （1-71）即，可测流量的最大值与最小值之比，与R max 、R min 有关，也就是与U 型压差计的长度有关。
孔板流量计是一种简便且易于制造的装置，在工业上广泛使用，其系列规格可查阅有关手册。
其主要缺点是流体经过孔板的阻力损失较大，且孔口边缘容易摩损和摩蚀，因此对孔板流量计需定期进行校正。
1-6-3 文丘里流量计为了减少流体流经上述孔板的阻力损失，可以用一段渐缩管、一段渐扩管来代替孔板，这样构成的流量计称为文丘里流量计，如图1-35。
文丘里流量计的收缩管一般制成收缩角为15°~25°；扩大管的扩大角为5°~7°。
其流量仍可用式1-68计算，只是用Cv 代替C 0。
文丘里流量计的流量系数Cv 一般取0.98~0.99，阻力损失为：201.0u h f = （1-72）式中 u 0——文丘里流量计最小截面（称喉孔）处的流速，m/s 。
文丘里流量计的主要优点是能耗少，大多用于低压气体的输送。
图1-35 文丘里流量计【例1-19】 用φ159×4.5的钢管输送20℃的水，已知流量范围为50~200m 3/h 。
采用水银压差计，并假定读数误差为1mm 。
试设计一孔板流量计，要求在最低流量时，由读数造成的误差不大于5%且阻力损失应尽可能少。
解 已知d 1=0.15m ，μ=0.001Pa ·s ，ρ=1000kg/m 3，ρ'=13600kg/m 3 /s m 056.036002003max ==s V/s m 014.03600503min ==s V52m i n m i n1019.1001.015.014.3014.0100044⨯=⨯⨯⨯⨯=⨯=μρπd d V Re s选m =0.3，由图1-34查得C 0=0.632 根据m A A =10，得m 082.015.03.010=⨯==d m d 22200m 00528.0082.0785.04=⨯==d A π由式1-68可求得最大流量的R max ：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ρρρ'g A C V R s max 220202max=()()m 14.16.1262.1900528.0632.0056.0222=⨯ 由R max 可知，U 型压差计需要很高，很不方便，必须重选m 。
从图1-33查得在Re min =1.19×105条件下，C 0为常数的最大m 值为0.5。
故取m =0.5进行检验，步骤同上。
m =0.5，Re min =1.19×105时，C 0=0.695 d 0=m 106.015.05.0=⨯A 0=0.785×（0.106）2=0.00883m 2 m 34.06.1262.1900882.0695.0056.0222max=⨯⨯⨯=R m 021.06.1262.1900882.0695.0014.0222min =⨯⨯⨯=R 可见取m =0.5的孔板，在V s max 时，压差计读数比较合适，而在V s min 时，压差计读数又能满足题中所给误差不大于5%的要求，所以孔板的圆孔直径为0.106m 。
1-6-4 转子流量计一、转子流量计的结构和测量原理转子流量计的构造如图1-36所示，在一根截面积自下而上逐渐扩大的垂直锥形玻璃管内，装有一个能够旋转自如的由金属或其它材质制成的转子（或称浮子）。
被测流体从玻璃管底部进入，从顶部流出。
当流体自下而上流过垂直的锥形管时，转子受到两个力的作用：一是垂直向上的推动力，它等于流体流经转子与锥管间的形环截面所产生的压力差；另一是垂直向下的净重力，它等于转子所受的重力减去流体对转子的浮力。
当流量加大使压力差大于转子的净重力时，转子就上升；当流量减小使压力差小于转子的净重力时，转子就下沉；当压力差与转子的净重力相等时，转子处于平衡状态，即停留在一定位置上。
在玻璃管外表面上刻有读数，根据转子的停留位置，即可读出被测流体的流量。
设V f 为转子的体积，m 3；A f 为转子最大部分截面积，m 2；ρf 、ρ分别为转子材质与被测流体密度，kg/m 3。
流体流经环形截面所产生的压强差（转子下方1与上方2之差）为p 1－p 2，当转子处于平衡状态时，即（p 1－p 2）A f =V f ρf g －V f ρg 于是()ff f Ag V p p ρρ-=-21 （1-73）若V f 、A f 、ρf 、ρ均为定值，p 1－p 2对固定的转子流量计测定某流体时应恒定，而与流量无关。