化工原理第一章(流速和流量的测量)2008

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
第一章
流体流动
第六节 流量的测量
一、测速管 二、孔板流量计 三、文丘里流量计 四、转子流量计 五、涡轮流量计
2012-8-23
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。
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:
qV = Cv A0
2gR(ρ0 − ρ )
ρ
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。
2012-8-23
2012-8-23
一 体 化 文 丘 里 流 量 计




旋涡



2012-8-23
缩脉 孔板
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。
2012-8-23
【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)。
π × 0.1252
4
= 1.1(m/s)
管道的Re:
Re
=
d1 ρu1 μ
=
0.125 × 880 ×1.1 0.67 ×10−3
= 1.81×105
>
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
2012-8-23
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。
2012-8-23
3、转子流量计的流量方程
2012-8-23
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 。
2012-8-23
一、测速管(Pitot tube 皮托管)
2012-8-23
转 子 流 量 计 实 物 图
2012-8-23
转 子 流 量 计 实 物 图
2012-8-23
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。
2012-8-23
【解】查得20℃苯的物性:ρ = 880kg/m3 μ = 0.67 ×10−3 Pa ⋅ s
面积比:
A0 = ( d0 )2 = ( 75 )2 = 0.36
A1 d1
125
设Re>ReC,由图1-40查得: C0 = 0.648
Re c = 1.5 ×105
由公式可求得苯的体积流量:
2012-8-23
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1-40 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。
2012-8-23
【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:
C0
=
f (Re,
A0 ) A1
式中Re是以管道的u1、d1计算的雷诺数,即: Re = d1u1ρ μ
【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
2012-8-23
一体化的孔板流量计
2012-8-23
安装在管路上的孔板流量计
2孔







原 理
流束收缩
2012-8-23
缩脉
流束扩大
【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:
qv = f (Δp)
【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。
2012-8-23
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。
2012-8-23
【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。
qV = C0 A0
2Rg(ρ0 − ρ) ρ
= 0.648 × 0.785 × 0.0752 2 × 0.08 × 9.81× (13600 − 880) 880
= 0.0136(m3/s) = 48.96(m3/h)
2012-8-23
校核Re: 管内的平均流速为:
u=
qV
π
4
d12
=
0.0136
将U形压差计公式代入式中,得孔板处的流速:
u0 = C0
2Rg(ρ0 − ρ) ρ
【体积流量的计算】
qV = u0 A0 = C0 A0
2Rg(ρ0 − ρ ) ρ
【质量流量的计算】
qm = qV ρ = C0 A0 2Rgρ (ρ0 − ρ )
2012-8-23
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。
c =0.98~1.00(校正系数)
2012-8-23
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
2012-8-23
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:
u0 = C0
2Δp ——孔板流量计基本方程式 ρ
【说明】u0为流体经过孔板的流速。
其中
C0 =
C 1 − ( A0 )2
A1
——流量系数或孔流系数
2012-8-23
4、流量的计算
速:
∫ ∫ ∫ qV
=
R
0 ur dA =
R 0
ur
2πrdr
=

R
0 rur dr
u = qV A
2012-8-23
(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。
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。
2012-8-23
毕 托 管 实 物 图
2012-8-23
【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
【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。
文丘里除尘器
2012-8-23
2012-8-23
文丘里除尘器
文丘里除尘器
2012-8-23
2012-8-23
锅炉脱硫除尘工艺流程图
2012-8-23
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。
【结论】可通过测量内、外管的压力差计算管内流 体的点速度。
2012-8-23
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。
ΔP
=
P内管-P外管=
ρur2
2
= (ρ0
− ρ)gR
∴ur =
2gR(ρ0 − ρ) ρ
实际使用时
ur = c
2gR(ρ0 − ρ) ρ
与静压头之和,称为冲压头(能)。
h内管
=
ur2 2g
+
p
ρg
P内管=ρgh内管=P
+
ρur2
2
外管测压孔测得为静压头:
h外管
=
p
ρg
P外管=ρgh外管=P
2012-8-23
内外管之压强差为:
ΔP
=
P内管-P外管=
ρur2
2
测速管管口处的点速度为:
ur =
2Δp
——测速管测定管内流体的点速度的基
ρ 本公式
2012-8-23
【 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。
2012-8-23
u/umax~Remax(Re)关系图
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。
2012-8-23
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。
2012-8-23
法兰 金属孔板 压差计
孔 板 流 量 计 实 物 图
2012-8-23
数字压差计 孔板流量计
2012-8-23
毕托管实物图
空速管
2012-8-23
2测



测速管的内

管与外管分别
原 理
与U形压差计
相连。
2012-8-23
毕托管测 压原理. swf
【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。
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
C0与Re、A0/A1的关系曲线如图1-40所示。
2012-8-23
【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。
2012-8-23
(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。
2012-8-23
渐缩管
喉管
渐扩管
测压口
测压口
2012-8-23
文百度文库流量计的结构示意图
2012-8-23
文氏流量计实物图
2、文丘里流量计的测量原理
2012-8-23
【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。
2012-8-23
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。
2012-8-23


相关文档
最新文档