化工原理 第一章 流速和流量的测量

文丘里除尘器
2015-6-13
文丘里除尘器
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文丘里除尘器
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锅炉脱硫除尘工艺流程图
2015-6-13
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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
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：
qV ur dA ur 2rdr 2 rur dr
0 0 0
R
R
R
qV u A
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（2）根据管内的最大流速与平均流速之间的关系，
2
2 r
( 0 ) gR
ur
实际使用时
ur c
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2 gR( 0 )

2 gR( 0 )

c =0.98~1.00（校正系数）
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
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校核Re： 管内的平均流速为：
u

qV d12

0.0136

4
1.1(m/s)
4
0.125 2
管道的Re：
Re
d1 u1

0.125 880 1.1 5 1 . 81 10 Re c 3 0.67 10
故假设正确，以上计算有效。苯在管路中的流量为：
流 体 流 经 孔 板 的 状 况
缩脉
旋涡 孔板
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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。
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【例】 20℃苯在φ133×4mm的钢管
毕托管实物图
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
空速管
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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。
毕托管测压原理.swf
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【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。
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【 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
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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
u0 C0 2p

——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
C0 C A0 2 1 ( ) A1
——流量系数或孔流系数
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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：
u0 C0 2 Rg ( 0 )

【体积流量的计算】
qV u 0 A0 C 0 A0
qV＝48.96 m3/h
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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。
值与假设值相符为止。
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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。
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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
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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。
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【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。
孔 板 流 量 计 实 物 图
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数字压差计
孔板流量计
一体化的孔板流量计
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安装在管路上的孔板流量计
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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：
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。
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毕 托 管 实 物 图
【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
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【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。
0.67 10 3 Pa s
设Re＞ReC，由图1-40查得： C0 0.648 由公式可求得苯的体积流量：
Re c 1.5 10 5
qV C 0 A0
2 Rg ( 0 )

2
2 0.08 9.81 (13600 880) 0.648 0.785 0.075 880 0.0136(m 3 /s) 48.96(m 3 /h)
第六节 流量的测量
第一章
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
流体流动
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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。
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）。
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【解】查得20℃苯的物性： 880kg/m 3 面积比：
A0 d0 2 75 2 ( ) ( ) 0.36 A1 d1 125
，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。
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（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
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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 。
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一、测速管（Pitot tube 皮托管）
qv f (p)
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【孔板流量计的两种取压方法】 （1）角接法（角接取压） 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。 其取压口在孔板前后两
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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：
顶部流出。
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转 子 流 量 计 实 物 图
2015-6-13
转 子 流 量 计 实 物 图
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2、转子流量计的工作原理
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渐缩管
喉管
渐扩管
测压口
测压口
文氏流量计的结构示意图
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文氏流量计实物图
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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。
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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。
【质量流量的计算】
2 Rg ( 0 )

qm qV C0 A0 2Rg ( 0 )
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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；
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。
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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
压差计
金属孔板 法兰
相连。
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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）。
h内管
u p 2 g g
2 r
P 内管＝gh 内管＝P
ur2
2
外管测压孔测得为静压头：
h外管
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p g
P外管＝gh外管＝P
内外管之压强差为：
P P 内管－P 外管＝
（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。
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【 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：
A0 C0 f (Re, ) A1
式中Re是以管道的u1、d1计算的雷诺数，即： d1u1 Re 【实验曲线】对于按标准规格及精度制作的孔板，
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 C v A0
2 gR 0

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。
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一 体 化 文 丘 里 流 量 计
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。
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【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。
ur2
2
测速管管口处的点速度为：
ur
2p

—— 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。
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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。
P P 内管－P 外管＝
u