环工原理教学课件：第03章 流体流动.ppt

第三章,流体流动,第三章 流体流动,本章主要内容,第一节,管道系统的衡算方程,第二节,流体流动的内摩擦力,第三节,边界层理论,第四节,流体流动的阻力损失,第五节,管路计算,第六节,流体测量,一、管道系统的质量衡算方程,二、管道系统的能量衡算方程,本节的主要内容,第一节 管道系统的衡算方程,若截面,A,1,、,A,2,上流体的密度分布均匀，且流速取各,截面的平均流速,，则,一维流动,对于稳态过程,对于不可压缩流体，,为常数，,不可压缩流体管内流动的连续性方程,第一节 管道系统的衡算方程,(3.1.1),(3.1.2),(3.1.3),一、管道系统的质量衡算方程,对于圆形管道,流体在,均匀直管内,作稳态流动时，平均速度恒定不变,第一节 管道系统的衡算方程,(3.1.4),连续性方程,【,例题,3.1.1】,直径为,800mm,的流化床反应器，底部装有布水板，板上开有直径为,10mm,的小孔,640,个。反应器内水的流速为,0.5m/s,，求水通过分布板小孔的流速。,m/s,第一节 管道系统的衡算方程,解：设反应器和小孔中的流速分别为,u,1,、,u,2,，截面积分别为,A,1,、,A,2,，根据不可压缩流体的连续性方程，有,u,1,A,1,u,2,A,2,（,输出,系统的物质的总能量）（,输入,系统的物质的总能量）,（从外界,吸收的热量,）（,对外界所作的功,）,稳态流动,系统与外界交换能量,流体携带能量,第一节 管道系统的衡算方程,二、管道系统的能量衡算方程,1,流体携带的能量,单位质量流体,SI,单位为,kJ/,kg,（一）总能量衡算方程,内能：,e,，,物质内部所具有的能量，是温度的函数,位能：流体质点受重力场的作用具有的能量，取决于它相对基准水平面的高度,静压能：流动着的流体内部任何位置上也具有一定的静压力。流体进入系统需要对抗压力做功，这部分功成为流体的静压能输入系统。,动能：流体流动时具有的能量,gz,，,kJ/kg,kJ/kg,静压能,位能,动能,内能,E,E,E,E,E,+,+,=,第一节 管道系统的衡算方程,kJ/kg,第一节 管道系统的衡算方程,流体的比体积，或称流体的质量体积，单位为,m,3,/kg,单位质量流体的总能量为,(3.1.6),静压能,位能,动能,内能,E,E,E,E,E,+,+,=,2,与外界交换的能量,单位质量流体对输送机械的作功，,W,e,，,为正值；若,W,e,为负值，则表示输送机械对系统内流体作功,单位质量流体在通过系统的过程中交换热量为,Q,e,，,吸热时为正值，放热时为负值,第一节 管道系统的衡算方程,第一节 管道系统的衡算方程,单位质量流体稳定流动过程的总能量衡算式,第一节 管道系统的衡算方程,(3.1.10),由于工程上常采用平均速度，为了应用方便，引入,动能校正系数,，使,的值与速度分布有关，可利用速度分布曲线计算得到。经证明，圆管层流时，,2,，,湍流时，,1.05,。,工程上,的流体流动多数为湍流，因此,值通常近似取,1,。,引入动能校正系数,后，,第一节 管道系统的衡算方程,(3.1.10),单位质量流体稳定流动过程的总能量衡算式,【,例题,3.1.2】,常温下的水,稳态,流过一,绝热,的,水平,直,管道,，实验测得水通过管道时产生的压力降为（,p,1,-,p,2,)=40kPa,，其中,p,1,与,p,2,分别为进、出口处的压力。求由于压力降引起的水温升高值。,解：依题意，,对于不可压缩流体,第一节 管道系统的衡算方程,机械能,机械能,内能和热,相互转换,热,内能,动能,位能,静压能,消耗,用机械能表示方程,(3.1.10),第一节 管道系统的衡算方程,热力学第一定律,以机械能和机械能损失表示能量衡算方程,流体在管内流动过程中,机械能的损失表现为沿程流体压力的降低,，损失的这部分机械能不能转换为其他形式的机械能（动能、位能和功,),而是,转换为内能，使流体的温度略有升高,。因此，从流体输送的角度，这部分机械能,“,损失,”,了,通过适当的变换,流体的输送过程仅是各种,机械能,相互转换与消耗的过程,第一节 管道系统的衡算方程,假设流动为稳态过程。根据热力学第一定律：,单位质量流体从截面,1-1,流到截面,2-2,时,因体积膨胀而做的机械功,单位质量流体从截面,1-1,流到截面,2-2,所,获得的热量,流体克服流动阻力做功，因消耗机械能而转化成的热。,流体通过环境直接获得的热,阻力损失,（二）机械能衡算方程,第一节 管道系统的衡算方程,(3.1.12),(3.1.13),不可压缩流体和可压缩流体,稳态流动过程单位质量流体的机械能衡算方程,变换,第一节 管道系统的衡算方程,(3.1.15),(3.1.11),(3.1.14),稳定流动过程,在流体输送过程中，流体的流态几乎都为湍流，令,1,拓展的伯努利方程,适用条件是连续、均质、不可压缩、处于稳态流动的流体,机械能衡算方程的其他形式,对于,不可压缩流体,，比体积,或密度,为常数，,第一节 管道系统的衡算方程,(3.1.18),(3.1.16),(3.1.17),选择输送机械,是单位质量流体对泵或其他输送机械所作的有效功，是选择输送机械的重要依据。,，,功率,确定,出口断面与进口断面的机械能总量之差,判断流体的流动方向,流动过程中存在能量损失，如果无外功加入，系统的,总机械能沿流动方向将逐渐减小,；,解决什么问题？,第一节 管道系统的衡算方程,(3.1.18),伯努利（,Bernoulli,）方程,动能、位能和静压能,对于,理想流体,的流动，由于不存在因黏性引起的摩擦阻力，故,；若无外功加入，,理想流体在管路中作稳态流动而又无外功加入时，在,任一截面上单位质量流体所具有的总机械能相等,，也就是说，,各种机械能之间可以相互转化，但总量不变。,常数,第一节 管道系统的衡算方程,(3.1.19),理想流体：连续、匀质、无黏性、完全不可压缩,当,体系无外功，且处于静止状态,时，,无流动则无阻力，即,在均质、连续的液体中，水平面必然是等压面，即,时，,流体静力学基本方程式。,第一节 管道系统的衡算方程,(3.1.21),以,1m,3,流体为基准时,各项单位为,Pa,不同衡算基准时机械能衡算方程的型式,以,1kg,流体为基准时,各项单位为,kJ/kg,第一节 管道系统的衡算方程,(3.1.18),(3.1.22),以,1N,流体为基准时,各项单位为,m,动压头,位压头,静压头,(3.1.23),第一节 管道系统的衡算方程,应用要点,合理确定衡算系统（不可压缩的连续稳定流动）；,合理选取计算截面（便于计算）；,注意单位的一致性。,应用,管道中流体的流量；,管道中流体的压力；,管道中流体的流向；,管道中流体流动需要的功率；,管路计算,流体流速或流量的测量,阻力损失,第一节 管道系统的衡算方程,(3.1.17),E,2,E,3,解：先假设没有药剂被吸入管道，此时在截面,1-1,和截面,2-2,之间列伯努利方程：,【,例题,3.1.3】,采用,水射器,将管道下方水槽中的药剂加入管道中,已知文丘里管截面,1-1,处内径为,50mm,，压力为,0.02MPa,（,表压,），喉管（截面,2-2,）内径为,15mm,。当管中水的流量为,7m,3,/h,时，可否将药剂加入管道中？（忽略流动中的损失）,m/s,m/s,第一节 管道系统的衡算方程,压力以绝对压力表示，则,Pa,可以解出,Pa,取水槽液面,3-3,为位能基准面，假设支管内流体处于静止状态，则,2-2,和,3-3,截面的总能量分别为,J/kg,J/kg,所以药剂将自水槽流向管道,第一节 管道系统的衡算方程,第一节 管道系统的衡算方程,本节小结,（,1,）不可压缩流体管内流动的连续性方程,（,2,）,单位质量流体稳定流动过程的总能量衡算式,（,3,）,稳态流动过程单位质量流体的机械能衡算方程,湍流：,不可压缩流体,第一节 管道系统的衡算方程,本节小结,无外功加入的理想流体,伯努利（,Bernoulli,）方程,流体静力学基本方程式,以,1kg,流体为基准时,（,4,）不同衡算基准的机械能衡算式,各项单位为,kJ/kg,以,1m,3,流体为基准时,各项单位为,Pa,第一节 管道系统的衡算方程,本节小结,以,1N,流体为基准时,各项单位为,m,一、流体的流动状态,二、,流体流动的内摩擦力,本节的主要内容,第二节 流体流动的内摩擦力,层流（滞流）：,不同径向位置的,流体微团,各以确定的速度,沿轴向,分层运动，层间流体互不掺混。,流速较小时,湍流（湍流）：各层流体相互掺混，,流体流经空间固定点的速度随时间不规则地变化，,流体微团以较高的频率发生,各个方向的脉动,。,当流体流速增大到,某个值,之后,（二）判别,（一）流体流动的两种运动状态,雷诺数,临界雷诺数,第二节 流体流动的内摩擦力,一、流体的流动状态,flash,第二节 流体流动的内摩擦力,2000,雷诺数的特征速度与特征尺度,对于圆管内的流动：,Re,4000,时，一般出现湍流型态，称为湍流区；,2000,Re,4000,时，有时层流，有时湍流，处于不稳定状态，称为过渡区；取决于外界干扰条件。,流动形式,（,1,）实际流体具有黏性,容器中被搅动的水最终会停止运动,空气或水中摆动的物体，随着时间的推移，摆动不断衰减，最终停止。,第二节 流体流动的内摩擦力,二、流体流动的内摩擦力,内聚力：分子间的相互作用力,(,液体,),相邻两层流体动量不同：分子动量传递（气体）,相邻两流体层具有相互作用力,流体具有黏性,流动的流体内部存在内摩擦力,内摩擦力是流体内部相邻两流体层的相互作用力，称为,剪切力；,单位面积上所受到的剪力称为,剪切应力。,壁面摩,擦力,流动阻力,第二节 流体流动的内摩擦力,黏性流体,黏性流体,（,2,）黏性流体的内摩擦实验,紧贴板表面的流体与板表面之间不发生相对位移，称为,无滑移,u=0,u=0,u=0,u=U,F,u=U,u=0,内摩擦力,t=0,第二节 流体流动的内摩擦力,u=U,u=0,速度分布,流体内部：内摩擦力（剪切力）,固体壁面：壁面摩擦力（剪切力,),Y,第二节 流体流动的内摩擦力,第二节 流体流动的内摩擦力,欲维持上板的运动，必须有一个,恒定的力,F,作用于其上。如果流体呈,层流运动,，则,作用于单位面积上的力正比于在距离,y,内流体速度的减少值，此比例系数,称为流体的黏度。,(,一,),牛顿黏性定律,流体速度的减少值,流体的黏度,(3.2.2),动力黏性系数，或称动力黏度，黏度,剪切应力，或称内摩擦力，,N/m,2,垂直于流动方向的速度梯度，,s,-1,。,负号表示剪切应力的方向与速度梯度的方向相反,牛顿黏性定律指出：相邻流体层之间的剪切应力，即流体流动时的,内摩擦力,与该处垂直于流动方向的速度梯度,成正比,。,微分形式：,第二节 流体流动的内摩擦力,(3.2.3),单位法向速度梯度下，由于流体黏性所引起的内摩擦力或剪切应力的大小,运动黏度,m,2,/s,黏度是流体的物理性质,物理性质：物质所固有的性质，只要物质的,种类,，以及状态确定了，物理性质就确定了，对于单一物质来说，,P,V,T,中任两个参数,确定了，状态就确定了,第二节 流体流动的内摩擦力,(,二,),动力黏性系数,(3.2.5),黏度随流体种类不同而不同，并随,压强、温度变化而变化,（,1,）流体种类：一般地，相同条件下，液体的黏度大于气体的黏度。,（,2,）压强：,气体的黏度随压强的升高而增加，,低密度气体和液体的黏度随压强的变化较小,。,对常见的流体，如,水、气体,等,黏度,随压强的变化,不大，,一般可忽略不计,。,黏度的影响因素,（,3,）温度：是影响黏度的主要因素。,第二节 流体流动的内摩擦力,水及空气在常压下的黏度,当温度升高时，液体的黏度减小，气体的黏度增加,第二节 流体流动的内摩擦力,流体黏性具有较大差别，有一大类流体遵循牛顿黏性定律,牛顿流体,所有气体和大多数低相对分子质量的液体,均属于此类流体，如水、汽油、煤油、甲苯、乙醇等,泥浆、中等含固量的悬浮液,第二节 流体流动的内摩擦力,(,三,),流体类别,第二节 流体流动的内摩擦力,层流流动,基本特征是,分层流动,，表现为各层之间相互影响和作用较小，剪应力主要是,由分子运动引起的,。,湍流流动,存在流体质点的随机脉动,，流体之间相互影响较大，剪应力,除了由分子运动引起外，还由质点脉动引起。,质点脉动引起的剪切应力,以平均速度表示的垂直于流动方向的速度梯度,质点脉动引起的动力黏性系数,涡流黏度,总的剪切应力为,(,四,),流态对剪切力的影响,(3.2.8),(3.2.9),涡流黏度不是物性，受流体宏观运动的影响,第二节 流体流动的内摩擦力,（,1,）层流和湍流的流态特征及判别,层间不掺混 脉动 雷诺数,（,2,）牛顿黏性定律,牛顿流体（所有气体和低分子量液体）,动力黏性系数，运动黏度，涡流黏度，有效动力黏度,（,3,）温度和压力对液体和气体黏度的影响。,本节总结,第三节 边界层理论,本节主要内容,一、边界层理论的概念,二、边界层的形成过程,三、边界层的分离,实际流体的流动具有,两个基本特征,：,(1),流体与固体壁面的相对速度为零，流动的,无滑移,（黏附）特征,(2),相邻流体层之间发生相对运动时，流体之间存在,剪切力,（摩擦力）,第三节 边界层理论,u=U,u=0,速度分布,存在速度梯度的区域即为边界层。,存在速度梯度,u,0,1904,年，普兰德,（,Prandtl,）,提出了,“,边界层,”,概念，认为即使对于空气、水这样黏性很低的流体，黏性也不能忽略，但其,影响仅限于壁面附近的薄层，即边界层，离开表面较远的区域，则可视为理想流体。,边界层,理想流体,受阻减速,无滑移,u,0,y,x,第三节 边界层理论,一、边界层的概念,（,3,）,在边界层内，,黏性力可以达到很高的数值，它所起的作用与惯性力同等重要，在边界层内,不能全部忽略黏性,；,普兰德边界层理论要点：,（,1,）当实际流体沿固体壁面流动时，紧贴壁面处存在非常薄的一层区域,边界层,；,（,2,）在边界层内，流体的,流速很小,，但,速度梯度很大,；,u,0,u,0,y,x,第三节 边界层理论,（,4,）在边界层外的整个流动区域，可将黏性力全部忽略，近似看成是,理想流体的流动,。,（,5,）流动分为两个区域,流动的阻力发生在边界层内,一、阻力损失的影响因素,二、,圆直管内流动的沿程阻力损失,三、管道内的局部阻力损失,本节的主要内容,第四节 流体流动的阻力损失,(,一,),阻力损失起因：,阻力损失的大小取决于,流体的物性、流动状态,和,物体表面的粗糙度、几何形状等,。,（,1,）内摩擦造成的摩擦阻力,（,2,）物体前后压强差造成的形体阻力,(,二,),阻力损失的影响因素：,湍流时，摩擦阻力较层流时大。但与层流时相比，分离点后移，尾流区较小，形体阻力将减小；,层流时摩擦阻力小，但尾流区较湍流时大，形体阻力较大。,（,1,）流态的影响：,第四节 流体流动的阻力损失,一、阻力损失的影响因素,管道内的流动过程阻力,流体流经直管,沿程损失,流体流经弯管,局部阻力损失,粗糙表面摩擦阻力大。但是，当表面粗糙促使边界层湍流化以后，造成分离点后移，形体阻力会大幅度下降，此时总阻力反而降低。,（,2,）物体表面的粗糙度的影响,尾流区的大小,形体阻力,第四节 流体流动的阻力损失,(,二,),阻力损失的影响因素：,（,3,）几何形状的影响,(,一,),阻力损失通式,不可压缩,流体在一水平圆直管内作,稳态流动,流体柱受力平衡,静压力,内摩擦力,根据机械能衡算方程,直管中的压力降是流动阻力的体现,第四节 流体流动的阻力损失,二、圆直管内流动的沿程阻力损失,(3.4.1),范宁公式,第四节 流体流动的阻力损失,(,一,),阻力损失通式,阻力损失的计算关键是根据流体的物性和流动状态，摩擦,系数 的确定,(,二,),圆管内层流流动速度分布和阻力损失,1.,层流流动的速度分布,第四节 流体流动的阻力损失,抛物线形,r,0,积分,2.,层流流动的阻力损失,第四节 流体流动的阻力损失,(3.4.8),(3.4.7),(3.4.6),层流中内摩擦力是由分子运动引起的，湍流流动中是由分子运动和质点脉动共同引起,质点脉动,流体内摩擦力受流体宏观运动的影响,湍流,复杂,质点脉动是,决定流体内摩擦力大小的主要因素,(,三,),圆管内湍流流动速度分布和阻力损失,第四节 流体流动的阻力损失,1.,湍流流动的速度分布,n,值与,Re,的大小有关：,当,410,4,Re,1.110,5,时，,n,6,1.110,5,Re,3.210,6,时，,n,10,湍流流动中，由于流体质点的强烈掺混，使截面上靠管中心部分各点速度彼此拉平，速度分布较为均匀，其速度分布曲线不再是抛物线形。,经验公式,1.,湍流流动的速度分布,第四节 流体流动的阻力损失,在流体输送中通常遇到的,Re,范围内，,n,值约为,7,，此时,1/7,次方定律,1.,湍流流动的速度分布,第四节 流体流动的阻力损失,(3.4.16),管道相对粗糙度,管壁的绝对粗糙度,均匀直管,阻力损失,经验式,凸出的平均高度,第四节 流体流动的阻力损失,(,三,),圆管内湍流流动速度分布和阻力损失,2.,湍流流动的阻力损失,(3.4.18),(3.4.2),层流区,过渡区,湍流区,阻力平方区,工程上按湍流处理,（,1,）,Re,增大，,减小,（,2,）,Re,增大到一定值后，,变化平缓,完全湍流区,层流底层厚度,在湍流流动时，管壁的粗糙度对摩擦系数产生影响,其影响与,Re,数和相对粗糙度有关,相当于光滑管，与粗糙度无关,Re,很大，层流厚度很薄，,与,Re,无关，阻力平方区,第四节 流体流动的阻力损失,2.,湍流流动的阻力损失,(3.4.19),阻力系数法,当量长度法,近似认为局部阻力损失服从速度平方定律,局部阻力系数（无量纲）,近似认为局部阻力损失可以相当于某个长度的直管的阻力损失,管件的当量长度,流体流经管路中的各类管件（弯头、三通、阀门）或管道,突然缩小和扩大,（设备进出口）等局部地方，流动方向和速度骤然变化，由于管道急剧变化使流体边界层分离，形成大量旋涡，导致机械能的消耗显著增大。,单位为,kJ/kg,第四节 流体流动的阻力损失,三、管道内的局部阻力损失,一、简单管路的计算,二、复杂管路的计算,本节的主要内容,第五节 管路计算,实际工程中需要解决两大类管路计算问题：,给定需要输送流体的流量，以及输送系统的布置,计算管路的,管径,；,阻力损失，确定输送设备的轴功率。,已知管路系统的布置、管径及允许压降，计算管道中流体的流速或流量,对已有的管路系统进行核算。,经济性,在总费用最少的条件下，选择适当的流速,（,1,）设计问题：,（,2,）操作问题：,第五节 管路计算,某些流体在管道中的常用流速范围,流体的类别及情况,流速范围,u/,m,s,-1,自来水（,310,5,Pa,左右）,1,1.5,水及低黏度液体（,110,5,110,6,Pa,左右）,1.5,3.0,高黏度液体,0.5,1.0,工业供水（,810,5,Pa,以下）,1.5,3.0,锅炉供水（,810,5,Pa,以下）,3.0,饱和蒸气,20,40,过热蒸气,30,50,蛇管、螺旋管内的冷却水,1.0,低压空气,12,15,高压空气,15,25,一般气体（常压）,10,20,鼓风机吸入管,10,15,鼓风机排出管,15,20,离心泵吸入管（水一类液体）,1.5,2.0,离心泵排出管（水一类液体）,2.5,30,往复泵吸入管（水一类液体）,0.75,1.0,往复泵排出管（水一类液体）,1.0,2.0,液体自流速度（冷凝水等）,0.5,真空操作下气体流速,10,管路的分类：,复杂管路,（,1,）分支管路,（,2,）并联管路,没有分支的管路,第五节 管路计算,简单管路,（,2,）整个管路的阻力损失等于各管段阻力损失之和，即,常数,（,1,）通过各管段的体积流量不变，对于不可压缩流体，有,第五节 管路计算,一、简单管路的计算,(3.5.1),(3.5.2),【,例题,3.5.1】,水从水箱中经弯管流出。已知管径,d,15cm,，,l,1,30m,，,l,2,60m,，,H,2,15m,。管道中沿程摩擦系数,0.023,，弯头,0.9,，,40,开度蝶阀的,10.8,。问,（,1,）当,H,1,10m,时，通过弯管的流量为多少？,（,2,）如流量为,60L/s,，箱中水头,H,1,应为多少？,解：（,1,）取水箱水面为,1-1,截面，弯管出口内侧断面为,2-2,截面，基准面,0-0,。在,1-1,和,2-2,截面之间列机械能衡算方程，有,第五节 管路计算,p,1,p,2,0,水箱流速,u,1,0,；,z,1,=,H,1,，,z,2,=0,m/s,m,m,3,/s,第五节 管路计算,m/s,m,第五节 管路计算,（一）分支管路,各支管的流动彼此影响，相互制约,（,A,）对于不可压缩流体，总管的流量等于各支管流量之和,第五节 管路计算,二、复杂管路的计算,忽略交叉点处的局部损失,(3.5.3),（,B,）主管内各段的流量不同，阻力损失需分段加以计算，即,（,C,）流体在分支点处无论以后向何处分流，单位质量流体其总机械能为一定值，即,单位流体的机械能总衡算方程,第五节 管路计算,(3.5.4),(3.5.5),(3.5.6),（一）分支管路,1,2,3,【,例题,】,一高位水箱下接,33.5mm3.25mm,的水管，将水引向一楼和高于一楼,6m,的三楼用户。已知从水槽到一楼和三楼管出口处的总长度分别为,20m,和,28m,，以上长度中包括除球心阀和管出口损失以外的所有局部阻力,损失的当量长度在内。水槽水面距一楼垂直高度为,17m,，摩擦系数,为,0.027,，球心阀半开和全开时的阻力系数分别为,9.5,和,6.4,。试求,当一楼阀半开、三楼阀全开时，三楼的水流速度为多少,(m/s),？,当一楼阀全开时，三楼是否有水流出？,p,1,p,2,0,水箱流速,u,1,0,第五节 管路计算,解：（,1,）当一楼阀半开时，在截面,1-1,和,2-2,之间列伯努利方程,在截面,1-1,和,3-3,之间列伯努利方程，得,（,1,）,（,2,）,第五节 管路计算,对分支点,A,作质量衡算，因为总管和支管管径相等，所以有,u,u,2,u,3,（,3,）,联立（,1,）、（,2,）、（,3,）式，解得,u,3.45m/s,u,2,3.10m/s,u,3,0.35m/s,（,2,）由上述计算结果可以看出，,u,3,很小，因此先假设当一楼阀全开时，三楼没水，此时输水系统为简单管路。,在截面,1-1,和,2-2,之间列伯努利方程，得,解得,u,3.49m/s,第五节 管路计算,校核假设是否正确。,若压力以表压表示，则分支点,A,所在截面的总机械能为,而,3,3,截面的总机械能为,可见，,E,t3,E,tA,。因此，三楼没水流出的假设成立。,第五节 管路计算,（二）并联管路,对于不可压缩流体，若忽略交叉点处的局部阻力损失，应有,各支管中的流量根据支管对流体的阻力自行分配，流动阻力大的支管，流体的流量小,（,2,）各支管中的阻力损失相等，即,（,3,）通过各支管的流量依据阻力损失相同的原则进行分配，即各管的流速大小应满足,（,1,）总流量等于各支管流量之和，即,第五节 管路计算,(3.5.7),(3.5.8),(3.5.9),(3.5.10),一、转子流量计二、孔板流量计 三、文丘里流量计 四、测速管（毕托管）,本节的主要内容,第六节 流体测量,转子可由金属或其他材料制成，密度大于所测流体的密度,玻璃管,转子,第六节 流体测量,一、,转子流量计,转子流量计的构造,思考：如何读数？,环隙处的流体速度较大，静压力减小,在转子的上下截面形成一个压差，使转子上浮,转子两端的压差造成的升力等于转子所受的重力和浮力之差时，转子将稳定在这个高度上,当流体的流量改变时，平衡被打破，转子到达新的位置，建立新的平衡,转子所处的平衡位置与流体流量的大小有直接的关系,转子流量计的工作原理,第六节 流体测量,一、转子流量计,转子的受力平衡,转子体积,转子最大截面积,转子密度,流体密度,流量系数,玻璃管与转子之间的环隙面积,与,Re,及转子的形状有关,第六节 流体测量,一、转子流量计,转子流量计的校核,转子流量计在出厂时根据,20,的水或,20,、,0.1MPa,下的空气进行实际标定，并将流量值刻在玻璃管上。如果被测流体的条件与标定的条件不符，转子流量计的刻度应进行校正。,安装转子流量计时应注意：,转子流量计必须垂直安装,若倾斜度,1,将造成,0.8,的误差。,转子流量计必须安装在垂直管路上，且流体流动的方向必须 由下往上。,下标,“,0,”,表示标定流体。,第六节 流体测量,一、转子流量计,第六节 流体测量,二、,测速管,测速管的构造,两根同心套管,前端管口敞开,两管环隙前端封闭,壁面四周开若干个小孔,内管与环隙分别与压差计的两端相连,压差计,压差计中液体的密度,压差计中液体的密度,流速,流体的动能全部转变为静压能,驻点,内管传递出的压力,:,速度仍为,外管压力是管道内流体压力,第六节 流体测量,二、测速管,压差计中液体的密度,使用测速管应注意几个问题：,（,1,）被测流体不应含有杂质，因为测速管的管径较小；,（,2,）使测速管的,管口正对着,管道中流体的流动方向；,（,3,）测速管应放置于,流体均匀流段,，测量点的上下游最好均有,50,倍直径长的直管段，至少应有,8,12,倍直径长的直管；,（,4,）测速管的外径应不大于管道直径的,1/50,。,第六节 流体测量,二、测速管,中央开圆孔的板,孔板流量计以通过孔板时产生的压力差作为测量依据,流道缩小使流体的速度增大，压力降低。由于惯性的作用，流体通过孔口后实际流道将继续缩小，直至截面,2-2,。,“,缩脉”，流速最大,压差计,构造,第六节 流体测量,三、孔板流量计,流量系数，由实验确定，与流体的,Re,数、测压口的位置及 有关。,第六节 流体测量,三、孔板流量计,对于给定的 值，当,Re,数超过某个值后，为定值,，多在,0.6,0.7,之间,阻力损失大,Re,渐缩渐扩管,接压差计,避免出现边界层分离及旋涡，从而大大降低机械能损失,流量系数,0.98,0.99,构造,第六节 流体测量,四、文丘里流量计,