边界层,压力计及压差计,流速及流量的测量

2018/11/13
随着流动距离的增大，Re= ρ ν ∞ χ / μ数值变大，会 有一段过渡到湍流，称为过渡区边界层。 边界层内流动将会出现不稳定状态，并逐渐过渡到湍 流体流经固体壁前缘时，边界层的流动一般为层流， 流，此后的边界层称为湍流边界层。 称为层流边界层。
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边界层
Le
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边界层 压力计与压差计的测量
流速与流量的测量
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一：边界层
概念：
边界层：紧贴壁面非常薄的一区域，流体速度的 变化主要发生在这里。 主体区（外流区）：边界层以外的流动区域。 黏度：速度梯度为1时，单位受力面积上流体层 之间内摩擦力的大小。 黏度应力：两相邻流体层之间单位面积上的内 摩擦力（实际上是表面力中的切应力，又称剪 应力，用τyx表示。
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）。
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内外管之压强差为： P P内管－P外管＝
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。
u 2
2
P P 内管－P 外管＝
u 2
2
( 0 ) gR
所以 整理得
p1 g(m R) p2 gm 0 gR
p1 p2 ( 0 ) gR
若被测流体是气体， 0 ，则有
p1 p2 Rg 0
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（2）双液体U管压差计 适用于压差较小的场合。 密度接近但不互溶的两种指示 液A和C ( A C ) ； 扩大室内径与U管内径之比应 大于10 。
1.压力计：
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2.压差计：
（1）U形压差计 设指示液的密度为 0 ，
p1 p2
被测流体的密度为 。
A与A’ 面 为等压面，即 pA pA' 而
m R A A’
pA p1 g (m R)
pA' p2 gm 0 gR
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u
2 gR( 0 )

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流量的计算：
将U形压差计公式代入式中，得：
u 0 C0 2Rg( 0 )

根据u0即可计算流体的体积流量：
qV u0 A0 C0 A0
2Rg( 0 )

质量流量：
qm qV C0 A0 2Rg ( 0 )
充分发展的流动
进口段长度（Le）：流动达到充分发展所需的管长
管内充分发展： 层流时：Le/d≈0.05Re 湍流时：le≈40~50d （Re=ρ ud/μ )
P70
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边界层 压力计与压差计的测量
流速与流量的测量
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二：静力学 基本方程的应用 ：
压力计与压差计的测量
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三、文丘里（Venturi）流量计
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
2 gR 0

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四、转子流量计
1、转子流量计的结构
（1）上粗下细的锥形玻璃管（锥 角约在4°左右）； （2）管内一个密度大于被测流体 的固体转子（或称浮子）； （3）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。
1
1′
A f
AR——转子上端面处环隙面积 CR——转子流量系数
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转子流量计流动示意图
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流量与流速的关系： qm qv uA GA • • • • 测速管（皮托管） 孔板流量计 文丘里流量计 转子流量计
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一、测速管
测速管又称皮托（Pitot）管 测量原理：流体以流速u流向测速管，在内 管口A处降为0。
2 u P P v A ρ g ρ g 2g
p1 p2 Rg( A C )
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（3） 倒U形压差计 指示剂密度小于被测流体密度， 如空气作为指示剂。
p1 p2 Rg( 0 ) Rg
（4） 倾斜式压差计 适用于压差较小的情况。
（5） 复式压差计
适用于压差较大的情况。
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边界层 压力计与压差计的测量
流速与流量的测量
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三：流速与流量的测量
1. 流速：单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。 qv u （平均流速）： m/s A 2. 质量流速：单位时间内流经管道单位截面积的流体质量。
qm q v G u A A
kg/（m2· s）
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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 当转子静止不动时，三个力平衡，即： 力（向上）。 0 u0 0′
( p1 p0 ) Af V f g f V f g
由此可推得转子流量计的体积流 量为：
qV C R AR 2( f )V f g