[整理]1-6流量测量57544

知识点1-6流量测量

1．学习目的

流体的流量是化工生产和科学实验过程中的重要参数之一。通过本知识点学习，要学会根据工艺要求和流体性质选用适宜的流量计并进行流量测量。

重点了解流体流动守恒原理在流量测量中的应用。

2．本知识点的重点

根据流体流动时各种机械能互相转换关系而设计的流速计与流量计分为两大类，即

差压（定截面）流量计，包括测速管（毕托管）、孔板流量计、文丘里流量计等，除测速管测定管截面上的点速度外，其余均测得平均速度。

截面（定压差）流量计（即转子流量计），直接测得流体的体积流量。

要求掌握各种流量计的工作原理、选型和流量计算方法，并了解各种流量计的优缺点、适用场合及安装注意事项。

3．本知识点的难点

本知识点无难点，但要注意流量计下游压强不得低于操作温度下的饱和蒸汽压。

4．应完成的习题

1-20．在φ38×2.5mm的管路上装有标准孔板流量计，孔板的孔径为16.4mm，管中流动的是20℃的甲苯，采用角接取压法，用U管压差计测量孔板两测的压强差，以水银为指示液，测压连接管中充满甲苯。现测得U管压差计的读数为600mm，试计算管中甲苯的流量为若干kg/h？

[答：5427kg/h]

1-21．用φ57×3.5mm的钢管输送80℃的热水（其饱和蒸汽压为47.37kPa、密度为971kg/m3、粘度为0.3565mPa·s），管路中装一标准孔板流量计，用U形管汞柱压差计测压强差（角接取压法），要求水的流量范围是10~20m3/h，孔板上游压强为101.33kPa（表压）。试计算：

（1）U形管压差计的最大量程Rmax；

（2）孔径d0；

（3）为克服孔板永久压强降所消耗的功率。

当地大气压强为101.33kPa。

[答：（1）1.254m；（2）d0=25.5mm；（3）N e=616W]

1-22．某转子流量计，出厂时用标准状况下的空气进行标定，其刻度范围10~50m3/h，试计算：

（1）用该流量计测定20℃的CO2流量，其体积流量范围为若干？

（2）用该流量计测定20℃的NH3气流量，其体积流量范围为若干？

（3）现欲将CO2的测量上限保持在50m3/h应对转子作何简单加工？

当地的大气压为101.33kPa。

[答：（1）8.4~42.0m3/h；(2)13.5~67.6 m3/h；(3)顶端面积削小使A R2=1.19A R1]

差压式流量计又称定截面流量计，其特点是节流元件提供流体流动的截面积是恒定的，而其上下游的压强差随着流量（流速）而变化。利用测量压强差的方法来测定流体的流量（流速）。

（一）测速管（测速管动画）

测速管又称皮托（Pitot）管，这是一种测量点速度的装置。它由两根弯成直角的同心套管所组成，外管的管口是封闭的，在外管前端壁面四周开有若干测压小孔，为了减小误差，测速管的前端经常做成半球形以减少涡流。测量时，测速管可以放在管截面的任一位置上，并使其管口正对着管道中流体的流动方向，外管与内管的末端分别与液柱压差计的两臂相连接。

当流体流近测速管前端时，流体的动能全部转化为驻点静压能，故测速管内管测得的为管口位置的冲压能（动能与静压能之和），即

测速管外管前端壁面四周的测压孔口测得的是该位置上的静压能，即

如果U形管压差计的读数为R，指示液与工作流体的密度分别为ρA与ρ。则R与测量点处

的冲压能之差相对应，于是可推得

（1-61）式中

C――流量系数，其值为1.98~1.00，常可取作“1”。

若将测速管口放在管中心线上，测得u max，由Re max可借助图1-18确定管内的平均流速u。

应用注意事项：测量时管口正对流向；测速管外径不大于管内径的1/50；测量点应在进口段以后的平稳地段。

测速的优点是流动阻力小，可测速度分布，适宜大管道中气速测量。其缺点是不能测平均速度，需配微压差计，工作流体应不含固粒。

（二）孔板流量计（孔板流量计动画）

孔板流量计是一种应用很广泛的节流式流量计。在管道里插入一片与管轴垂直并带有通常为圆孔的金属板，孔的中心位于管道中心线上，如图1-50所示。这样构成的装置，称为孔板流量计。孔板称为节流无件。

当流体流过小孔以后，由于惯性作用，流动截面并不立即扩大到与管截面相等，而是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（如图中截面2-2’）称为缩脉。流体在缩脉处的流速最高，即动能最大，而相应的静压强就最低。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，流量愈大，所产生的压强差也就愈大。所以根据测量压强差的大小来度量流体流量。

假设管内流动的为不可压缩流体。由于缩脉位置及截面积难以确定（随流量而变），故在上游未收缩处的1-1’截面与孔板处下游截面0-0’间列柏动利方程式（暂略去能量损失），得：

对于水平管，Z1=Z0，简化上式并整理后得

（1-62）

流体流经孔板的能量损失不能忽略，故式1-62应引进一校正系数C1，用来校正因忽略能量损失所引起的误差，即

（1-62a）

工程上采用角接取压法（如图所示）测取孔板前后的压强差（p a-p b）代替（p1-p0），再引进一校正系数C2，用来校正测压孔的位置，则

（1-62b）

由连续方程式:

由静力学方程式:

则得

（1-63）

式1-63就是用孔板前后压强的变化来计算孔板小孔流速u0的公式。若以体积或质量流量表达，则为

（1-64）

（1-65）

各式中的C0为流量系数或孔流系数，无因次。由以上各式的推导过程中可以看出：

（1）C0与C1有关，故C0与流体流经孔板的能量损失有关，即与Re准数有关。

（2）不同的取压法得出不同的C2，所以C0与取压法有关。

（3）C0与面积比A0/A1有关。

C0与这些变量间的关系由实验测定。用角接取压法安装的孔板流量计，其C0与Re、A0/A1

的关系如图1-51所示。图中的Re准数为，其中d1与u1是管道内径和流体在管道内的平均流速。流量计所测的流量范围，最好是落在C0为定值的区域里。设计合适的孔析流量计，其C0值为0.6~0.7。