1、1 流體流動流體流動福州大學化學化工學院福州大學化學化工學院 1 流體流動流體流動1.1 1.1 流體靜力學基本方程流體靜力學基本方程1.1 1.1 流體靜力學流體靜力學（Fluid Statics）基本方程基本方程1.1.1 1.1.1 密度密度 Vm kg/m3（SI制）制）),(tpf 不可壓縮流體：不可壓縮流體：壓力改變時其密度隨壓力改變很小的流體。壓力改變時其密度隨壓力改變很小的流體。可壓縮流體：可壓縮流體：壓力改變時其密度隨壓力改變有顯著變化的壓力改變時其密度隨壓力改變有顯著變化的 流體。流體。液體：液體：= = f ( T ) 不可壓縮流體不可壓縮流體(Imcompressibl

2、e Fluid)氣體：氣體： = = f ( T ，p) 可壓縮流體（可壓縮流體（Compressible Fluid） 注：注：若在輸送過程中壓力改變不大，氣體也可按不可壓若在輸送過程中壓力改變不大，氣體也可按不可壓縮流體來處理。縮流體來處理。1 流體流動流體流動1.1 1.1 流體靜力學基本方程流體靜力學基本方程 理想氣體的密度：理想氣體的密度：標準狀態(tài)（標準狀態(tài)（1atm，0 ）下每）下每kmol氣體的體積為氣體的體積為22.4 m3，則其密度為，則其密度為4 .220M 氣體的千摩爾質量氣體的千摩爾質量kg/kmol理想氣體標準狀態(tài)下理想氣體標準狀態(tài)下的密度，的密度，kg/ m3TMp

3、TTpp1203. 0000 理想氣體理想氣體T，p下的密下的密度，度，kg/ m3RTpMVnMVm 或或注：注：以上以上3式只適用于理想氣體。式只適用于理想氣體。氣體混合物：氣體混合物：nn 2211體積分率，理想氣體混合物中其值與摩爾分率體積分率，理想氣體混合物中其值與摩爾分率x相等相等液體混合物：液體混合物：nnaaa 22111質量分率質量分率比容：單位質量物體的體積比容：單位質量物體的體積 1 kg/ m3記：常溫下水的密度記：常溫下水的密度1000kg/m3,標態(tài)下空氣密度標態(tài)下空氣密度1.293 kg/m3比重：某物質的密度對水（標態(tài)下空氣）的密度之比比重：某物質的密度對水（標

4、態(tài)下空氣）的密度之比dOCH42o 液體液體d標標態(tài)態(tài)空空氣氣氣氣體體 d1 流體流動流體流動1.1 1.1 流體靜力學基本方程流體靜力學基本方程1 流體流動流體流動1.1 1.1 流體靜力學基本方程流體靜力學基本方程1.1.2 1.1.2 壓力（壓強）壓力（壓強）(Pressure)(Pressure) 壓力的單位和定義壓力的單位和定義 流體的壓力流體的壓力（p）是流體垂直作用于單位面積上的力，嚴是流體垂直作用于單位面積上的力，嚴格地說應該稱壓強。稱作用于整個面上的格地說應該稱壓強。稱作用于整個面上的力力為為總壓力總壓力。 APp 壓力（小寫）壓力（小寫）力（大

5、寫）力（大寫）面積面積PamN2 p1 流體流動流體流動1.1 1.1 流體靜力學基本方程流體靜力學基本方程1at1at（工程大氣壓）（工程大氣壓）= 1kgf/cm= 1kgf/cm2 2 =9.807 =9.80710104 4 N/N/m m2 2(Pa)(Pa) =10 mH =10 mH2 2O O =735.6 mmHg =735.6 mmHg記：記：常見的壓力單位及它們之間的換算關系常見的壓力單位及它們之間的換算關系 1atm =101300Pa=101.3kPa=0.1013MPa1atm =101300Pa=101.3kPa=0.1013MPa =10330kgf/m =10

6、330kgf/m2 2=1.033kgf/cm=1.033kgf/cm2 2 =10.33mH =10.33mH2 2O O =760mmHg =760mmHg1 流體流動流體流動1.1 1.1 流體靜力學基本方程流體靜力學基本方程真空度真空度壓強壓強表壓表壓大氣壓大氣壓絕對真空絕對真空絕壓絕壓絕壓絕壓圖圖1-8 壓強的基準和度量壓強的基準和度量 壓力的表示方法（壓強的基準）壓力的表示方法（壓強的基準） 壓強的大小常以壓強的大小常以兩種不同的基準兩種不同的基準來表示：一是來表示：一是絕對真空絕對真空，所測得的壓強稱為所測得的壓強稱為絕對壓強絕對壓強；二是大氣壓強，

7、所測得的壓強稱；二是大氣壓強，所測得的壓強稱為為表壓表壓或或真空度真空度。一般的測壓表均是以大氣壓強為測量基準。一般的測壓表均是以大氣壓強為測量基準。（1 1）被測流體的壓力）被測流體的壓力 大氣壓大氣壓表壓表壓 = 絕壓大氣壓絕壓大氣壓pm = pabpa即即（2 2）被測流體的壓力）被測流體的壓力 流體真正得到的功率流體真正得到的功率即即 軸功率軸功率N 有效功率有效功率Ne效率效率1e NN eNN 1 流體流動流體流動1.2 1.2 流體流動的基本方程流體流動的基本方程 衡算基準不同時的柏努利方程衡算基準不同時的柏努利方程) 以單位重量流體為衡算基準以單位重量流體為衡算基準 fewug

8、zpwugzp222221112121 J/kggwguzgpgwguzgpfe 2222222111 mNJm/skgJ2 令令gwhgwhff ,ee流體輸送機械對每牛頓流體所做的功流體輸送機械對每牛頓流體所做的功 fehguzgphguzgp2222222111 位頭位頭（位壓頭）（位壓頭）壓力頭壓力頭（靜壓頭）（靜壓頭）速度頭速度頭（動壓頭）（動壓頭）泵的揚程泵的揚程壓頭損失壓頭損失總壓頭總壓頭1 流體流動流體流動1.2 1.2 流體流動的基本方程流體流動的基本方程) 以單位體積流體為衡算基準以單位體積流體為衡算基準 ftpugzppugzp2222222111 33mJmkgkgJ

9、全風壓全風壓壓力降（阻力損失）壓力降（阻力損失） 注注：柏努利方程是針對理想流體而又無外功加入時的以柏努利方程是針對理想流體而又無外功加入時的以單位質量為衡算基準的機械能衡算式，實際流體的以單位質單位質量為衡算基準的機械能衡算式，實際流體的以單位質量為衡算基準的機械能衡算式我們稱為量為衡算基準的機械能衡算式我們稱為實際流體的柏努利方實際流體的柏努利方程程。 fewugzpwugzp222221112121 J/kg1 流體流動流體流動1.2 1.2 流體流動的基本方程流體流動的基本方程不穩(wěn)定流動不穩(wěn)定流動 在工程實際中有時會遇到不穩(wěn)定流動的狀態(tài)，如開工在工程實際中有時會遇到不穩(wěn)定流動的狀態(tài)，如

10、開工階段，此時可根據(jù)某個流動的瞬間列出物料衡算式（微分階段，此時可根據(jù)某個流動的瞬間列出物料衡算式（微分方程），然后進行積分。方程），然后進行積分。 對可壓縮流體（如氣體）對可壓縮流體（如氣體） 對可壓縮流體，其對可壓縮流體，其是隨壓力的變化而變化的，在流體是隨壓力的變化而變化的，在流體輸送過程中，輸送過程中，p是變化的，因此是變化的，因此也是變化的，但是對于也是變化的，但是對于短距短距離輸送離輸送，可把，可把看作常數(shù)，或者當看作常數(shù)，或者當2%2021m121 時時ppp1 流體流動流體流動1.2 1.2 流體流動的基本方程流體流動的基本方程（2 2）柏努利方程的應用）柏努利方程的應用 例例

11、1 如圖所示的一牛奶輸如圖所示的一牛奶輸送系統(tǒng)，牛奶用泵由真空鍋爐送系統(tǒng)，牛奶用泵由真空鍋爐被抽送經冷卻器至位于高被抽送經冷卻器至位于高9m的的牛奶貯罐，真空鍋爐內的真空牛奶貯罐，真空鍋爐內的真空度為度為660mmHg，貯罐通大氣，貯罐通大氣，牛奶輸送量為牛奶輸送量為4.35t/h，整個管，整個管路的阻力損失為路的阻力損失為20J/kg，冷卻，冷卻器的壓力損失為器的壓力損失為0.4kgf/cm2，牛，牛奶的比重可近似取為奶的比重可近似取為1，計算泵，計算泵的有效功率，若泵的效率為的有效功率，若泵的效率為0.6，計算泵的實際輸入功率（軸，計算泵的實際輸入功率（軸功率）。功率）。 11229m1.

12、5m00572.5mm 322mm1 流體流動流體流動1.2 1.2 流體流動的基本方程流體流動的基本方程方法：方法： （1）選取基準面；）選取基準面； （2）確定上下游截面，即衡算范圍；（選擇已知條件）確定上下游截面，即衡算范圍；（選擇已知條件最多、或待求量在選取的截面上或在選取的截面內，所取截最多、或待求量在選取的截面上或在選取的截面內，所取截面應與流體流動方向垂直）面應與流體流動方向垂直） （3）列柏努利方程求解。）列柏努利方程求解。 1 流體流動流體流動1.2 1.2 流體流動的基本方程流體流動的基本方程 0.2m,BA R等壓面等壓面 例例2 水以水以60m3/h的流量在一傾的流量在

13、一傾斜 管 中 流 過 ， 此 管 的 內 徑 由斜 管 中 流 過 ， 此 管 的 內 徑 由100mm突然擴大到突然擴大到200mm，見附，見附圖。圖。A、B兩點的垂直距離為兩點的垂直距離為0.2m。在此兩點間連接一。在此兩點間連接一U形壓差計，形壓差計，指示液為四氯化碳，其密度為指示液為四氯化碳，其密度為1630kg/m3。若忽略阻力損失，試。若忽略阻力損失，試求：（求：（1）U形管兩側的指示液液形管兩側的指示液液面哪側高，相差多少面哪側高，相差多少mm？ （2）若將上述擴大管道改為）若將上述擴大管道改為水平放置，壓差計的讀數(shù)有何變水平放置，壓差計的讀數(shù)有何變化？化？ 1 流體流動流體流

14、動1.2 1.2 流體流動的基本方程流體流動的基本方程Hgu2/22gp/2)2/()/(222gugpgp/3gu2/23)2/()/(233gugp3z12 例例1-3 1-3 如圖所示，一高位槽液面高度保持為如圖所示，一高位槽液面高度保持為H H，高位槽，高位槽下接一管路。在管路上下接一管路。在管路上2 2、3 3處各接兩個垂直玻璃管，一個是處各接兩個垂直玻璃管，一個是直的，用來測靜壓；一個有彎頭，用來測動壓頭與靜壓頭之直的，用來測靜壓；一個有彎頭，用來測動壓頭與靜壓頭之和。和。1 流體流動流體流動1.2 1.2 流體流動的基本方程流體流動的基本方程流體流動的求解方法：流體流動的求解方法

15、： 畫出示意圖；畫出示意圖； 上、下游截面以及基準水平面要在圖中標出；上、下游截面以及基準水平面要在圖中標出；截面應與流動方向垂直，兩截面間流體應該是連續(xù)不斷的；截面應與流動方向垂直，兩截面間流體應該是連續(xù)不斷的； 各個物理量的單位要各個物理量的單位要 一致；一致； 壓強要注意其基準，等式兩邊要用同一基準；壓強要注意其基準，等式兩邊要用同一基準； 所取截面應該是已知條件最多的，或待求物理量應取在兩所取截面應該是已知條件最多的，或待求物理量應取在兩 截面之間，或在其中一個截面上；截面之間，或在其中一個截面上； 等號左邊是上游截面，右邊是下游截面，阻力是加在下游等號左邊是上游截面，右邊是下游截面，

16、阻力是加在下游 截面?zhèn)龋唤孛鎮(zhèn)龋?算出的結果的壓強后面應加上真空度、表壓或絕壓。算出的結果的壓強后面應加上真空度、表壓或絕壓。1 流體流動流體流動1.3 1.3 流體流動現(xiàn)象流體流動現(xiàn)象1.3 1.3 流體流動現(xiàn)象（流體流動的內部結構）流體流動現(xiàn)象（流體流動的內部結構）1.3.1 1.3.1 牛頓粘性定律與流體的粘度牛頓粘性定律與流體的粘度（1 1）牛頓粘性定律）牛頓粘性定律 影響流體流動時內摩擦大小的因素很多，其中屬于物理影響流體流動時內摩擦大小的因素很多，其中屬于物理性質方面的是流體的粘性。衡量流體粘性大小的物理量稱為性質方面的是流體的粘性。衡量流體粘性大小的物理量稱為粘度粘度。A u=0

17、B u=0B uA u=0 x yyudd（1-28）動力粘度簡稱粘度，動力粘度簡稱粘度，Pas 速度梯度速度梯度1 流體流動流體流動1.3 1.3 流體流動現(xiàn)象流體流動現(xiàn)象 牛頓粘性定律適用于牛頓粘性定律適用于牛頓型流體牛頓型流體（Newtonian fluids），），即速度梯度與剪應力成線性關系；不符合牛頓粘性定律的流即速度梯度與剪應力成線性關系；不符合牛頓粘性定律的流體稱為體稱為非牛頓型流體非牛頓型流體（Non-newtonian fluids）。）。 sPamsNmm/sN/mdd22 yu 動力粘度動力粘度(Viscosity) )1 流體流動流體流動1.3 1.3 流體流動現(xiàn)象流

18、體流動現(xiàn)象 sPamsNmm/sN/mdd22 yu SI制制sPa10cP005. 13C20o 記：記： （泊泊）Pscmgcmsdyncmcm/sdyn/cmdd22 yu cgs制制cP1000P10sPa1P0.01)cP( ，厘泊工程制工程制 1kgf s/m2 = 9810cP（2 2）粘度的單位）粘度的單位 1 流體流動流體流動1.3 1.3 流體流動現(xiàn)象流體流動現(xiàn)象1.3.2 1.3.2 流體流動型態(tài)流體流動型態(tài)（1 1）雷諾實驗）雷諾實驗水水水平玻璃管水平玻璃管水箱水箱細管細管水水溢流堰溢流堰小瓶（密度與水相近）小瓶（密度與水相近）閥閥雷諾實驗雷諾實驗圖（圖（a a）層流）

19、層流圖（圖（b b）湍流）湍流1 流體流動流體流動1.3 1.3 流體流動現(xiàn)象流體流動現(xiàn)象（2 2）流型的判據(jù)）流型的判據(jù) du Re 0002233smkgsmm/skgkg/mm/smsPakg/mm/smRe ud層流（層流（Laminar Flow）：）：Re 4000；2000 Re 1000）常認為三通局部阻）常認為三通局部阻力相對于直管沿程阻力而言很小可以忽略，跨過力相對于直管沿程阻力而言很小可以忽略，跨過O點進行點進行計算。計算。C2CB2BA2Aududud sCsBsAVVV 1 流體流動流體流動流體輸送管路的計算流體輸送管路的計算3333,dlu，2222,dlu，111

20、1,dluABC分支管路示意圖分支管路示意圖OBOf,2BBB2OOOO22 wupgzupgzE COf,2CCC2 wupgz OAf,2OOO2AAA22 wupgzwupgze OAf,Oe2AAA2 wEwupgz BOf,OAf,2BBB2 wwupgz COf,OAf,2CCC2 wwupgz 對于分支或匯合管路，無論對于分支或匯合管路，無論各支管內的流量是否相等，在分各支管內的流量是否相等，在分支點支點O處的總機械能為定值。處的總機械能為定值。1 流體流動流體流動流體輸送管路的計算流體輸送管路的計算 對于匯合管路，同樣可以根據(jù)匯合點處的總機械能為對于匯合管路，同樣可以根據(jù)匯合點

21、處的總機械能為定值進行分析。定值進行分析。l1d1u11l2d2u22l3d3u33BCAO匯合管匯合管路路OAf,2AAAO2 wupgzwEe OBf,O2BBB2 wEwupgze COf,O2CCC2 wEwupgze 1 流體流動流體流動流體輸送管路的計算流體輸送管路的計算 例例10-13 如下圖所示，高位水箱下面接一如下圖所示，高位水箱下面接一32mm2.5mm的水管，將水引向一樓某車間，其中，的水管，將水引向一樓某車間，其中，ABC段短管長為段短管長為15m。假設摩擦因數(shù)假設摩擦因數(shù)約為約為0.025，球心閥全開及半開時的阻力系數(shù)分，球心閥全開及半開時的阻力系數(shù)分別為別為6.4和

22、和9.5，其他局部阻力可忽略。試問：，其他局部阻力可忽略。試問： 12m113mAB2m2mCDE33221層樓層樓2層樓層樓 （1）當球心閥全開時，一樓水當球心閥全開時，一樓水管內水的流量為多少？管內水的流量為多少？ （2）今若在今若在C處接一相同直徑的處接一相同直徑的管子（如圖中虛線所示），也裝有管子（如圖中虛線所示），也裝有同樣的球心閥且全開，以便將水引同樣的球心閥且全開，以便將水引向離底層向離底層3m處的二樓。計算當一樓處的二樓。計算當一樓水管上閥門全開或半開時，一、二水管上閥門全開或半開時，一、二樓水管及總管內水的流量各為多少？樓水管及總管內水的流量各為多少？1 流體流動流體流動流體

23、輸送管路的計算流體輸送管路的計算 例例10-14 如圖所示，一高位槽通過一總管及兩支管如圖所示，一高位槽通過一總管及兩支管A、B分別向水槽分別向水槽C、D供水。假設總管和支管上的閥門供水。假設總管和支管上的閥門KO、KA、KB均處在全開狀態(tài)，三個水槽液面保持恒定。試分析，當將均處在全開狀態(tài)，三個水槽液面保持恒定。試分析，當將閥門閥門KA關小時，總管和支管的流量及分支點前關小時，總管和支管的流量及分支點前O處的壓力如處的壓力如何變化？何變化？112233K0OKBKAABDC1 流體流動流體流動流體輸送管路的計算流體輸送管路的計算(2) (2) 并聯(lián)管路并聯(lián)管路Vs1并聯(lián)管路并聯(lián)管路VsVs2A

24、OQB 各支管的阻力損失各支管的阻力損失相等相等。對總管（對總管（O到到Q）QOf,2QQQ2OOO22 wupgzupgz 對支管對支管1（O1Q）1f2QQQ2OOO22wupgzupgz 對支管對支管2（O2Q）2f2QQQ2OOO22wupgzupgz 2s1ssVVV 2221212ududud 特點：特點： 主管的流量等于并聯(lián)的各支管主管的流量等于并聯(lián)的各支管流量之和流量之和1 流體流動流體流動流體輸送管路的計算流體輸送管路的計算 22Q2OQOQO2f1ffOuuppzzgwww 如果如果O、Q點在同一水平面上，點在同一水平面上，O、Q處管徑相等，有：處管徑相等，有： QO2f1

25、fppww 如在圖中由如在圖中由A截面到截面到B截面列柏截面列柏努利方程，方程中總阻力為努利方程，方程中總阻力為BQf,QOf,OAf,BAf, wwwwBQf,f,1OAf, wwwBQf,2f,OAf, wwwBQf,2f,1f,OAf, wwww Vs1并聯(lián)管路并聯(lián)管路VsVs2AOQB1 流體流動流體流動流體輸送管路的計算流體輸送管路的計算如果并聯(lián)管路中有如果并聯(lián)管路中有n個支路，用角碼個支路，用角碼i表示任一分支路，則阻表示任一分支路，則阻力損失可以寫作：力損失可以寫作：22fiiiiiudlw (li包括局部阻力的當量長度包括局部阻力的當量長度)流體在各支管中的流量是如何分配呢？流

26、體在各支管中的流量是如何分配呢？iiiiiiilwdlwdVii f5f5s11. 142 nnnnldldldVVV 522521151s2s1s: nVVVVs2s1ss 同時應有同時應有1 流體流動流體流動流體輸送管路的計算流體輸送管路的計算復雜管路計算的注意事項復雜管路計算的注意事項: 在設計計算分支管路所需的能量時，為了保證將流在設計計算分支管路所需的能量時，為了保證將流體輸送至需用能量最大的支管，就需要按照耗用能量最大的體輸送至需用能量最大的支管，就需要按照耗用能量最大的那支管路計算。通常是由最遠的支管開始，由遠及近，依次那支管路計算。通常是由最遠的支管開始，由遠及近，依次進行各支

27、管的計算。如在按已知的流量和管路計算出的能量進行各支管的計算。如在按已知的流量和管路計算出的能量不等時，應取能量最大的為依據(jù)。這樣確定的能量對需要能不等時，應取能量最大的為依據(jù)。這樣確定的能量對需要能量較小的支路而言太大，此時可通過該支路上的閥門進行調量較小的支路而言太大，此時可通過該支路上的閥門進行調節(jié)，讓多余的能量消耗在閥門上。節(jié)，讓多余的能量消耗在閥門上。 在計算管路的總阻力時，如果管路上有并聯(lián)管段存在計算管路的總阻力時，如果管路上有并聯(lián)管段存在，則總阻力損失應為主管部分與并聯(lián)部分的阻力損失和。在，則總阻力損失應為主管部分與并聯(lián)部分的阻力損失和。在計算并聯(lián)管段的阻力時，只需考慮其中任一管

28、段的阻力即在計算并聯(lián)管段的阻力時，只需考慮其中任一管段的阻力即可，可，絕不能將并聯(lián)的各段阻力全部加在一起作為并聯(lián)管段的絕不能將并聯(lián)的各段阻力全部加在一起作為并聯(lián)管段的阻力。阻力。1 流體流動流體流動流速和流量測量流速和流量測量1.6 1.6 流速和流量測量流速和流量測量1.6.1 1.6.1 皮托管皮托管 測速管測速管（1 1）結構原理）結構原理ABRuri圖圖1-37 測速管測速管內管相當于一個沖壓管，內管內管相當于一個沖壓管，內管傳遞的是傳遞的是A點的沖壓頭，即點的沖壓頭，即gpgugphr 22AA通過側壁小孔從外管傳遞出的是通過側壁小孔從外管傳遞出的是B點的靜壓頭點的靜壓頭 gRuir

29、 2gRpp)(iBA gpgph BBgugpphhr22BABA / )(2)(2BABApphhgur 1 流體流動流體流動流速和流量測量流速和流量測量（2） 平均速度平均速度 u 的測定的測定 測速管所測的是管道截面上某一點的軸向速度測速管所測的是管道截面上某一點的軸向速度ur。若要。若要測定截面上的平均速度，應測定管中心至管壁若干點的速測定截面上的平均速度，應測定管中心至管壁若干點的速度，然后用積分法求其平均值。若已知管截面上的速度分度，然后用積分法求其平均值。若已知管截面上的速度分布規(guī)律，也可根據(jù)管中心的速度與平均速度的關系求出平布規(guī)律，也可根據(jù)管中心的速度與平均速度的關系求出平均

30、速度。均速度。u/uc與管內與管內Re的大小有關，如圖的大小有關，如圖1-38所示。若要求所示。若要求平均速度，可將皮托管放在管道中心線上（平均速度，可將皮托管放在管道中心線上（r = 0），測出），測出最大流速最大流速uc ，求出，求出Remax =duc/，查圖查圖1-38，求出，求出u/uc再求再求出出u。1 流體流動流體流動流速和流量測量流速和流量測量（3）皮托管的安裝）皮托管的安裝 測量點應取在充分發(fā)展了的流動管段，保證位于均勻流段，即測測量點應取在充分發(fā)展了的流動管段，保證位于均勻流段，即測量點距管口或轉彎處量點距管口或轉彎處l /L0 50d。 應與流動方向平行安置，保證管口截面

31、應與流動方向平行安置，保證管口截面嚴格垂直嚴格垂直于流動方向。于流動方向。 測速管外徑測速管外徑d0 d/50。1 流體流動流體流動流速和流量測量流速和流量測量（4）皮托管的優(yōu)、缺點）皮托管的優(yōu)、缺點 優(yōu)點優(yōu)點：誤差小，與實際值的誤差一般可在：誤差小，與實際值的誤差一般可在1%以內；阻力以內；阻力小，適于測量大直徑氣體管道內的流速。小，適于測量大直徑氣體管道內的流速。 缺點缺點：不能直接測出平均速度，壓差讀數(shù)小，常要放大：不能直接測出平均速度，壓差讀數(shù)小，常要放大才讀得準確。才讀得準確。1 流體流動流體流動流速和流量測量流速和流量測量1.6.2 孔板流量計孔板流量計（1）測量原理）測量原理 在

32、管道內插入一片與管軸線垂直且中央開圓孔的金屬板，在管道內插入一片與管軸線垂直且中央開圓孔的金屬板，就構成了孔板流量計，如圖所示。就構成了孔板流量計，如圖所示。注注：板上的孔要精細加工，：板上的孔要精細加工，安裝時從前到后逐漸擴大，孔的中心位于管道中心線上，其側安裝時從前到后逐漸擴大，孔的中心位于管道中心線上，其側邊與管軸成邊與管軸成45o角，稱為角，稱為銳孔銳孔。1 流體流動流體流動流速和流量測量流速和流量測量由由1 2，u, p由由2 3， u, p 流體通過孔板后，流速可流體通過孔板后，流速可回到原來的值，即流經孔板前回到原來的值，即流經孔板前后流速不變，但靜壓卻沒有恢后流速不變，但靜壓卻

33、沒有恢復到孔板前（截面復到孔板前（截面1處）的數(shù)處）的數(shù)值，流體在流經孔板克服流動值，流體在流經孔板克服流動阻力和孔板的局部阻力所產生阻力和孔板的局部阻力所產生的壓降無法復原，這部分壓降的壓降無法復原，這部分壓降稱為稱為永久壓力降永久壓力降。u01102233縮脈縮脈 R孔板流量計孔板流量計1 流體流動流體流動流速和流量測量流速和流量測量 孔板流量計正是利用流體通過孔板時流股截面變化引起孔板流量計正是利用流體通過孔板時流股截面變化引起動能與靜壓能的轉化，由測量靜壓能的變化來確定流量。那動能與靜壓能的轉化，由測量靜壓能的變化來確定流量。那么靜壓能變化如何測量？主要有兩種方法。么靜壓能變化如何測量

34、？主要有兩種方法。 角接法：測壓口在孔板兩側，盡可能接近孔板，通常在角接法：測壓口在孔板兩側，盡可能接近孔板，通常在法蘭上。法蘭上。 徑接法：兩測壓口分別在孔板上游徑接法：兩測壓口分別在孔板上游1倍管徑處和下游倍管徑處和下游0.5倍管徑處。倍管徑處。 1 流體流動流體流動流速和流量測量流速和流量測量 忽略流體從截面忽略流體從截面1-1流動至孔口流動至孔口0-0的阻力損失，根據(jù)柏的阻力損失，根據(jù)柏努利方程有：努利方程有： gugpgugp22200211 guAAguugpp21220210212001 0011AuAu 0121002)(11ppAAu 1 流體流動流體流動流速和流量測量流速和

35、流量測量 考慮到兩取壓口之間有阻力損失，將上式右邊加一校正考慮到兩取壓口之間有阻力損失，將上式右邊加一校正系數(shù)系數(shù)CD孔流系數(shù)孔流系數(shù) 01001210D0221ppCppAACu 01002ppCu 01000002ppACAuVVss 1 流體流動流體流動流速和流量測量流速和流量測量若采用正若采用正U型管壓差計測量壓型管壓差計測量壓差，則：差，則： gRCui 200 gRACVis 200u01102233縮脈縮脈 R孔板流量計孔板流量計1 流體流動流體流動流速和流量測量流速和流量測量 C0與哪些因素有關？與哪些因素有關？ C0主要取決于管道流動的主要取決于管道流動的Re1和和面積比面積

36、比m 、測壓方式、孔口形狀、測壓方式、孔口形狀、加工光潔度、孔板厚度和管壁粗糙加工光潔度、孔板厚度和管壁粗糙度也對度也對C0有影響。對以上情況都規(guī)有影響。對以上情況都規(guī)定的標準孔板，定的標準孔板， C0 = f(Re1 , m)，其，其關系由實驗測定。關系由實驗測定。 000111udReudRe 不不是是 如圖所示為標準孔板（角如圖所示為標準孔板（角接法）的接法）的C0曲線，此圖為曲線，此圖為單對單對數(shù)坐標圖。數(shù)坐標圖。1 流體流動流體流動流速和流量測量流速和流量測量在圖中在圖中Re極限允許極限允許線右端，線右端， C0不不再隨再隨Re1而變，成為一個僅決定而變，成為一個僅決定于于m的常數(shù)。

37、選用孔板流量計時的常數(shù)。選用孔板流量計時應盡量使常用流量時的應盡量使常用流量時的Re1數(shù)在數(shù)在該范圍內，此時該范圍內，此時VSR0.5。由圖。由圖查出查出C0代入代入VS計算式求計算式求VS 。 若若C0與與VS即與即與Re1有關，必有關，必須用試差法求須用試差法求VS 。1 流體流動流體流動流速和流量測量流速和流量測量（2 2）孔板流量計的安裝和阻力損失）孔板流量計的安裝和阻力損失 孔板流量計安裝時，在上游和下游必須分別有（孔板流量計安裝時，在上游和下游必須分別有（1540）d和和5d的直管距離。的直管距離。 孔板流量計的缺點是阻力損失大。這一阻力損失是由孔板流量計的缺點是阻力損失大。這一阻

38、力損失是由于流體與孔板的摩擦阻力，尤其是縮脈后流道突然擴大形成于流體與孔板的摩擦阻力，尤其是縮脈后流道突然擴大形成大量旋渦造成的。大量旋渦造成的。pf,0可寫成可寫成gRddppddpi）（ )(1 )()(1 210012100f,d0/ d1及（及（ p1 p0）時，時， pf,0 愈大愈大。d0/ d1 即即m，則，則C0，R,讀數(shù)準確，但讀數(shù)準確，但u0，pf,0 ；d0/ d1，m ，C0，R，讀數(shù)不準確，讀數(shù)不準確，u0，pf,0 。 選用孔板的中心問題是選擇適當面積比選用孔板的中心問題是選擇適當面積比m，兼顧適宜讀數(shù)，兼顧適宜讀數(shù)和和pf,0 。1 流體流動流體流動流速和流量測量

39、流速和流量測量1.6.3 1.6.3 文丘里管文丘里管 將測量管段制成如圖所示的將測量管段制成如圖所示的漸縮漸擴管漸縮漸擴管，避免了突然縮，避免了突然縮小和突然擴大，阻力損失大大降低。這種管稱為小和突然擴大，阻力損失大大降低。這種管稱為文丘里管文丘里管。在距文丘里管開始收縮處之前至少在距文丘里管開始收縮處之前至少1/2管徑處設為上游取壓口，管徑處設為上游取壓口，下游取壓口通常設在文氏喉（最小截面）附近，兩取壓口連下游取壓口通常設在文氏喉（最小截面）附近，兩取壓口連接接U壓差計，就構成壓差計，就構成文丘里流量計文丘里流量計。1 流體流動流體流動流速和流量測量流速和流量測量 文丘里管收縮角通常為文

40、丘里管收縮角通常為15o25o，擴大角一般為，擴大角一般為5o7o 。由于它的漸縮漸擴結構使流體流速改變時不形成旋渦由于它的漸縮漸擴結構使流體流速改變時不形成旋渦,故阻力故阻力小，永久壓力降僅占壓差讀數(shù)的小，永久壓力降僅占壓差讀數(shù)的10%左右。將孔板流量計的左右。將孔板流量計的流量計算式中流量計算式中Co改為文丘里管的流量系數(shù)改為文丘里管的流量系數(shù)CV，即可用于文丘，即可用于文丘里管的流量計算：里管的流量計算： isgRACAuV2oVoo式中式中CV為文丘里管的流量系數(shù)，為文丘里管的流量系數(shù)， CV約為約為0.980.99；Ao為文丘為文丘里管喉部面積，里管喉部面積，m2；uo為喉孔流速，為

41、喉孔流速，m/s。 由于阻力損失小，相同壓差讀數(shù)下文丘里管的流量比孔由于阻力損失小，相同壓差讀數(shù)下文丘里管的流量比孔板大，它對測量含有固體顆粒的液體也較孔板合用。其缺點板大，它對測量含有固體顆粒的液體也較孔板合用。其缺點是加工較難、精度要求高，因而造價高，安裝時需占去一定是加工較難、精度要求高，因而造價高，安裝時需占去一定管長位置。管長位置。1 流體流動流體流動流速和流量測量流速和流量測量 孔板流量計和文丘里流量計均是孔板流量計和文丘里流量計均是恒截面變壓差恒截面變壓差（變阻（變阻力）流量計。變阻力流量計是人為設置一阻力構件（如孔力）流量計。變阻力流量計是人為設置一阻力構件（如孔板），造成局部阻力（壓降），利用能量守恒原理及連續(xù)板），造成局部阻力（壓降），利用能量守恒原理及連續(xù)性方程關聯(lián)此壓降與流速乃至流量的關系。下面介紹另一性方程關聯(lián)此壓降與流速乃至流量的關系。下面介紹另一種種恒壓差變截面恒壓差變截面的流量計的流量計轉子流量計。轉子流量計。1 流體流動流體流動流速和流量測量流速和流量測量1.6.4 1.6.4 變截面流量計變截面流量計轉子流量計轉子流量計（1 1）轉子流量計的工作原理）轉子流量計的工作原理主體是一倒錐形玻璃管，錐角約主體是一倒錐形玻璃管，錐角約4o左右。左右。1 流體流動流