第六节 流速和流量的测量

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1、第六节流速和流量的测量流体的流速和流量是化工生产操作中经常要测量的重要参数。测量的装置种类很多，本节仅介绍以流体运动规律为基础的测量装置。1-6-1测速管测速管又名皮托管，其结构如图1-32所示。皮托管由两根同心圆管组成，内管前端敞开，管口截面（A点截面）垂直于流动方向并正对流体流动方向。外管前端封闭，但管侧壁在距前端一定距离处四周开有一些小孔，流体在小孔旁流过（B）。内、外管的另一端分别与U型压差计的接口相连，并引至被测管路的管外。皮托管A点应为驻点，驻点A的势能与B点势能差等于流体的动能，即图1-32测速管由于ZA几乎等

2、于ZB，则（1-61）用U型压差计指示液液面差R表示，则式1-61可写为：（1-62）式中u——管路截面某点轴向速度，简称点速度，m/s；ρ'、ρ——分别为指示液与流体的密度，kg/m3；R——U型压差计指示液液面差，m；g——重力加速度，m/s2。显然，由皮托管测得的是点速度。因此用皮托管可以测定截面的速度分布。管内流体流量则可根据截面速度分布用积分法求得。对于圆管，速度分布规律已知，因此，可测量管中心的最大流速umax，然后根据平均流速与最大流速的关系（u/umax~Remax，参见图1-17），求出截面的平均流速，进而

3、求出流量。为保证皮托管测量的精确性，安装时要注意：（1）要求测量点前、后段有一约等于管路直径50倍长度的直管距离，最少也应在8~12倍；（2）必须保证管口截面（图1-32中A处）严格垂直于流动方向；（3）皮托管直径应小于管径的1/50，最少也应小于1/15。皮托管的优点是阻力小，适用于测量大直径气体管路内的流速，缺点是不能直接测出平均速度，且U型压差计压差读数较小。1-6-2孔板流量计一、孔板流量计的结构和测量原理在管路里垂直插入一片中央开有圆孔的板，圆孔中心位于管路中心线上，如图1-33所示，即构成孔板流量计。板上圆孔经精

4、致加工，其侧边与管轴成45°角，称锐孔，板称为孔板。由图1-33可见，流体流到锐孔时，流动截面收缩，流过孔口后，由于惯性作用，流动截面还继续收缩一定距离后才逐渐扩大到整个管截面。流动截面最小处（图中2－2截面）称为缩脉。流体在缩脉处的流速最大，即动能最大，而相应的静压能就最低。因此，当流体以一定流量流过小孔时，就产生一定的压强差，流量愈大，所产生的压强差也就愈大。图1-33孔板流量计所以可利用压强差的方法来度量流体的流量。设不可压缩流体在水平管内流动，取孔板上游流动截面尚未收缩处为截面1－1，下游取缩脉处为截面2－2。在截面

5、1－1与2－2间暂时不计阻力损失，列柏努利方程：因水平管Z1=Z2，则整理得（1-63）由于缩脉的面积无法测得，工程上以孔口（截面0－0）流速u0代替u2，同时，实际流体流过孔口有阻力损失；而且，测得的压强差又不恰好等于p1－p2。由于上述原因，引入一校正系数C，于是式1-63改写为：（1-64）以A1、A0分别代表管路与锐孔的截面积，根据连续性方程，对不可压缩流体有u1A1=u0A0则设，上式改写为：（1-65）将式1-65代入式1-64，并整理得再设，称为孔流系数，则（1-66）于是，孔板的流量计算式为（1-67）式中p

6、1－p2用U型压差计公式代入，则（1-68）式中ρ'、ρ——分别为指示液与管路流体密度，kg/m3；R——U型压差计液面差，m；A0——孔板小孔截面积，m2；C0——孔流系数又称流量系数。流量系数C0的引入在形式上简化了流量计的计算公式，但实际上并未改变问题的复杂性。只有在C0确定的情况下，孔板流量计才能用来进行流量测定。流量系数C0与面积比m、收缩、阻力等因素有关，所以只能通过实验求取。C0除与Re、m有关外，还与测定压强所取的点、孔口形状、加工粗糙度、孔板厚度、管壁粗糙度等有关。这样影响因素太多，C0较难确定，工程上对于

7、测压方式、结构尺寸、加工状况均作规定，规定的标准孔板的流量系数C0就可以表示为C0=f（Re，m）（1-69）实验所得C0示于图1-34。图1-34孔板流量计C0与Re、的关系由图1-34可见，当Re数增大到一定值后，C0不再随Re数而变，而是仅由（）=m决定的常数。孔板流量计应尽量设计在C0=常数的范围内。从孔板流量计的测量原理可知，孔板流量计只能用于测定流量，不能测定速度分布。二、孔板流量计的安装与阻力损失1．孔板流量计的安装在安装位置的上、下游都要有一段内径不变的直管。通常要求上游直管长度为管径的50倍，下游直管长度为

8、管径的10倍。若较小时，则这段长度可缩短至5倍。2．孔板流量计的阻力损失孔板流量计的阻力损失hf，可用阻力公式写为：（1-70）式中ζ——局部阻力系数，一般在0.8左右。式1-70表明阻力损失正比于压差计读数R。缩口愈小，孔口流速u0愈大，R愈大，阻力损失也愈大。三、孔板流量计的测量范围由