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烟气压力、流速及流量的测定

一、 实验目的
通过本实验，掌握气化净化系统中测量烟气压力的方法，并通过压力计算烟气流速及流量。

二、 实验原理
在一个气体净化系统安装完成后，正是投入运行前，不许进行试运行和测试调整。对于已经运转但效果不好的净化系统，则需通过测试等方法查明原因，找出解决问题的方法。在正常运行中，也需连续或定期地检测净化装置的操作参数，如温度、压力、流量及排放浓度等。
1、测定位置的选择和测点的确定
在测定管道中气体的温度、湿度、压力、流速及污染物浓度之前，都需要先选择好合适的测定断面位置，确定适宜的测点数目。这对于测试结构是否准确，是否有代表性，并耗用尽可能少的人力和时间，是一项非常重要的准备工作。
（1） 测点位置的选择
测定断面的位置，应尽可能选在气流分布均匀稳定的直管段，避开产生涡流的局部阻力构件（如弯头、三通、变径管及阀门等）。若测定断面之前有局部阻力构件时，则测定断面局部阻力构件时，则两者相距最好大于3D。测定断面距局部阻力构件的距离，原则上至少在1.5D以上，同时要求管道中气流速度在5m/s以上。此外，由于水平管道中的气流速度分布和污染物浓度分布一般不如垂直管道内均匀，所以在选择测定断面位置时应优先考虑垂直管段。
确定断面位置附近要有足够的空间，便于安放测试仪器和进行操作，同时便于接通电源等因素，也是需要考虑的问题。
（2）测点的确定

图1 圆形管道的测点
测定位置选定后，还应根据管道截面形状和大小等因素确定测点的数目。当管道较大且其中气流和污染物分布不均匀时，测点数目适当多些，但也不宜过多，以免测定工作量加大。通常是将管道断面划分成若干个等面积圆环（或矩形），各个等面积圆环（或矩形）的中心作为测点。对于圆形管道和矩形管道内测点的确定方法分别介绍如下。
A 圆形管道
对于圆形断面的管道，采用划分为若干等面积同心圆环的方法。圆环数目取决于管道直径的大小，一般可按表1的规则确定。但管道直径大于5m时，应按每个圆环面积不超过1m2来划分。在每个圆环面积中设四个测点，四点位于相互垂直的两直径上。各测点距管道内壁的距离按下式计算：
在l<D/2的区间
在l>D/2的区间
表1 圆形管道等面积圆环数和测点数的确定
管道直径D（m）
圆环数
测点数
D<1
1~2
4~8
1<D<2
2~3
8～12
2<D<3
3～4
12～16
3<D<5
4～5
16～20

为了测定计算方便，表2中给出了测点距管道内壁的距离，其中的点号是从管壁算起的一个轴向的点数，测点距离是以与管道直径之比的形式给出。

表2 测点距离管道内壁的距离（以管道直径D计）
测点号
圆 环 数
1
2
3
4
5
6
1
0.146
0.067
0.044
0.033
0.022
0.021
2
0.854
0.250
0.146
0.105
0.082
0.067
3

0.750
0.294
0.195
0.145
0.118
4

0.933
0.706
0.321
0.227
0.177
5

0.854
0.679
0.334
0.250
6

0.956
0.805
0.656
0.355
7

0.895
0.773
0.645
8

0.967
0.855
0.750
9

0.918
0.823
10

0.978
0.882
11

0.993
12

0.979

图2 矩形管道的测点位置

B矩形管道
对于矩形断面的管道，通常是划分成若干等面积的小矩形（或正方形），每个小矩形的中心即为测点的位置。小矩形数目（即测点数）可按表3确定。表中数值仅适用于断面积小于20m2的管道。当管道断面积大于20m2时，每个小矩形的边长不应超过1m。
在测定断面位置和测点数确定后，还需适当确定管壁上开孔的位置和数目。原则上测孔要尽可能少开，但又能满足使测点管（测压管和采样管）插到各测点的需要。对于圆形管道，至少要开两个测孔，最多为四个。对于水平敷设的矩形管道，一般可沿垂直边开孔，尽量避免在易积尘的底边开孔。当用滤筒作为内部采样装置时，也不要在水平管道的顶部开孔，以免采样时滤筒的进口朝下将捕集的尘样倒出来。测孔的大小应以能把最大的采样装置插入管道为准，通常测孔直径应不小于75mm。为了便于经常打开使用，测孔上可焊一节短管，装一丝堵。当被测气体是高温或有毒气体，且又处于正压状态时，为防止气体外喷伤人，采样孔应有防喷装置，如装一带有闸板阀的密封管等。
表3 矩形管道测点数的确定
管道断面A（m2）
等面积小矩形数
测点数
小矩形的最大变成（m）
A<1
2×2
4
0.5
1<A<4
3×3
9
0.7
4<A<9
3×4
12
1
9<A<16
4×4
16
1
16<A<20
4×5
20
1

2、压力的测定
管道中气体压力的测定包括全压Pt、静压Ps和动压Pk三项。管道中任一点气流的全压等于该点的气流静压和动压的代数和，即Pt＝Ps＋Pk。因此，这三项数值可以根据需要分别测量，也可以测得其中两项而求出第三项。
图3 标准毕托管

管道中气流的压力一般用测压管配用不同测量范围和精度的压力计测得。常用的压力计有U型压力计、倾斜式微压计和补偿式微压计等。常用的测压管有毕托管。标准毕托管有足够的精度（图3），其校正系数近似于1。但由于它的测孔很小（尤其是静压孔），用于含尘气流中测定时容易堵塞，因此标准毕托管适宜于在较清洁的管道中使用，或用于校正其他毕托管或流量测量装置。S型毕托管适合于含尘浓度较大的管道中使用。它由两根同样的金属管组成，测端做成方向相反的两个互相平行的开口，测定时一个开口面向气流，接受气流的全压，另一开口背向气流，接受气流的静压。由于气流绕流的影响，背向气流的开口所测得的静压值比实际静压值小。因此用S型毕托管测定气流速度时，必须事前用标准毕托管加以校正，在一定流速下，用标准毕托管测得的流速v与用S型毕托管测得的速度vs之比值，称为S型毕托管的校正系数Ks，即

对于每一根S－型毕托管以及同一根毕托管在不同的流速范围内，校正系数Ks值都不同。因此每一根S－型毕托管都应在其使用的流速范围内加以校正。Ks值的一般范围为0.8～0.9。由于S－型毕托管的断面面积较大，测量时受涡流和气流不均匀性的影响，在低流速下的灵敏度将下降，所以一般不宜测量小于3m/s气流速度。
当气流的压力较高时，一般用U型管压力计作为指示仪表。这时所测得的气体压力（或压差）值为：

式中 h――U型管中两液面之间的高度差，mm
――测压液体的密度，g/cm3
g――重力加速度
常用测压液体有水、酒精和水银等，在常温常压下其密度分别为1.0、0.81和13.6 g/cm3。
当气流的压力较小时，一般用倾斜微压计测定，这时测得的压力值为（图4）：

式中，――倾斜管与水平面的夹角，
l――倾斜管中液柱的长度，mm
K――倾斜角修正系数
在测定管道中气流的全压、静压和动压时，测压管和微压计之间的连接方法如图（5）所示。在负压管道中气体的全压和静压皆为负值，所以测压管与微压计的连接方式与正压管道中不同。

3、流速和流量的计算
测出管道中某点气流的动压值Pk（pa），便可按下式计算出该点的气流速度：

式中――气体的密度，kg/m3；
Kp――毕托管的校正系数。
管道中同一横断面上各点的流速分布通常是不均匀的，因此要取断面上若干点的流速的平均值代表断面平均速度，即

若将各点流速v1、v2…vn用各点的动压Pk1、Pk2…Pkn代替，则上式化为：

式中 为该断面的平均动压，其平均公式为：

这样，便可在测出断面各点的动压值Pk1、Pk2…Pkn后，按照上式求出断面平均动压，然后在求出断面平均速度。
计算出断面平均流速后，即可按管道断面积A计算出通过管道的气体流量：
（m3/h）
三、实验步骤
1、测量烟道尺寸，确定测点数及测量位置。
2、测量气体动压，计算平均气体流速及气体流量。
3、测定填料塔前后压差，确定填料塔压力损失。

四、数据记录和处理
烟道断面积： 测点数
测点
烟道全压（pa）
烟道静压（pa）
烟道动压（pa）
毕托管系数Kp
1

2

3

4

5

6

断面平均流速： m/s
断面流量： m3/s
5