第四章

流量測量層流和紊流

流體在細管中的流動形式可分為層流和紊流兩種。所謂層流(laminarflow)就是流體在細管中流動的流線平行于管軸時的流動。所謂紊流(turbulentflow)就是流體在細管中流動的流線相對混亂的流動。

雷諾數是表征流體慣性力與黏性力之比的無量綱量，利用雷諾數可以判斷流動的形式。如果雷諾數小于某一值時，可判斷為層流，而大于此值時則判斷為紊流。在層流流動狀態下，流速分布是以管軸為中心線的軸對稱拋物線分布。在紊流流動狀態下，管內流速同樣是以管中心線軸對稱的分布，但是其分布呈指數曲線形式。§4-1概述流量（瞬時流量）

體積流量qv

（m3/s）質量流量qm（kg/s）累積流量

一、基本概念qm=ρqv速度式：渦輪式渦街式電磁式超聲波式容積式：橢圓齒輪式腰輪式刮板式其它：熱式質量式(科氏力)二、流量測量的主要方法和分類

節流變壓降式：孔板噴嘴差壓式

動壓管式：畢托管均速管節流變截面(阻力式)：浮子靶式電磁流量計渦街流量計超聲波流量計質量流量計轉子流量計渦輪流量計§4-2差壓式流量測量一、節流變壓降式流量計二、標準節流裝置三、其他差壓式流量計

一、節流變壓降式流量計節流測量原理：流體流過阻力件(節流件)因流束的收縮而造成壓力變化。對于一定形狀和尺寸的阻力件，一定的測壓位置和前后直管段，在一定的流體參數情況下，阻力件前后的差壓與體積流量之間有一定的函數關系。1：節流裝置2：壓力信號傳送管路3：差壓儀表設流經水平管道的流體為不可壓縮性流體，并忽略流動阻力損失，對截面1、2寫出下列伯努利方程和流體的連續性方程：流體流經截面2的體積流量為：流量公式（流量與差壓之間的關系式）教材75頁公式(4-7)與(4-8)有誤？聯立求解，可得體積流量：注意：①要測出截面2處的靜壓力p2和d’是很困難的；②d’是最小流束的截面直徑；③沒有考慮流動過程中的壓力損失，而實際流量小于理論值。流出系數C和流量系數α值一般由實驗決定，影響因素有：節流件的形式、β值、雷諾數、管道粗糙度及取壓方式等。修正后的流量公式：流量系數直徑比可壓縮流體的流量公式：節流件前的流體密度流束膨脹系數流量測量的溫度壓力補償（為什么？）二、標準節流裝置流體和管道條件:

只適用于測量圓形截面管道中的單相、均質流體的流量，流體流經節流件前應達到充分紊流，流速為亞音速。組成：標準節流件＋取壓裝置＋直管段1－上游側第二個局部阻力件；2－上游側第一個局部阻力件3－節流件；4－下游側第一個局部阻力件1．標準節流件標準孔板

標準噴嘴標準孔板E=0.02~0.05De=0.005~0.02Dd>=12.5mm標準噴嘴

圓弧形的收縮部分和圓筒形的喉部組成標準孔板和標準噴嘴性能比較：

1）標準孔板比標準噴嘴加工方便、安裝容易、省料、造價低；

2）測量高溫高壓蒸汽或具有腐蝕性流體時，噴嘴較孔板合適；

3）孔板測量誤差較噴嘴大，壓力損失也比標準噴嘴大。

取壓方式

標準取壓裝置

1)角接取壓裝置

2)法蘭取壓裝置

2．取壓方式和取壓裝置取壓方式

D1/2D角接取壓裝置法蘭取壓裝置

由局部阻力件形式、節流件類型以及直徑比決定。3．節流件前后的直管段三、其他差壓式流量計皮托管（p81）均速管（p82）浮子（轉子）流量計（p84）靶式流量計（p116）若能測出流體中某點的總壓和靜壓，按照伯努里方程就可以求得該點的流速.皮托管流量計皮托管是一根雙層結構的彎成直角的金屬小管，在其頭部迎流方向開有一總壓孔，在總壓孔下游某處開有若干個靜壓孔。,均速管流量計阿牛巴（Annubar）管均速管是一根沿直徑垂直插入管道中的中空金屬桿,在迎流面上開有成對的測壓孔,測量的是反映平均流速的總壓;在背流面的中心處一開有一只靜壓孔，引出靜壓。均速管傳感器的測量桿上之所以設有多對總壓孔，是因為管道中的流速分布不均勻。均速管現場使用示意圖特點：

1）結構簡單，安裝、拆卸、維修方便；2）壓損小，能耗小，長期運行節能效果好;3）準確性和穩定性較好;4）適用于液體、氣體和蒸汽等多種介質的流量測量。弱點：輸出差壓較低。用于電廠送、引風矩形風道和大容量機組回熱管道等大管徑、低參數流體的流量測量。阿牛巴流量計與孔板流量計運行成本比較通常，測量同一流量時阿牛巴產生的差壓為孔板的5%以下，其壓損為孔板的l/50以下，并且阿牛巴的壓力損失隨著管道直徑的增大其壓損占滿刻度差壓的百分數迅速降低。一般阿牛巴連續能量消耗與節流孔板相比可減少95%以上。

浮子（轉子）流量計以浮子在垂直錐形管中隨著流量變化而升降，改變它們之間的流通面積來測量體積流量。玻璃管浮子流量計金屬管浮子流量計特點：1）適用于中小管徑、低流速和較低雷諾數的單相液體或氣體流體。2）必須垂直安裝在無振動的管道上，流體自下而上流過儀表。它們對上游直管段要求不高，或者說沒有上游直管段要求。3）測量的流量范圍較寬，一般為10：1。4）流量測量元件的輸出接近于線性，壓損較低。缺點：測量精度易受被測介質密度、黏度、溫度、壓力、純凈度、安裝質量等因素的影響。

靶式流量計力由兩部分組成，一部分是流體和靶表面的摩擦力，另一部分是由于流束在靶后分離，產生壓差阻力，特點：1）主要用來測量高黏度低雷諾數的流體以及適量固體顆粒的漿液的流量。也可用于測量一般液體，氣體和蒸汽的流量。2）結構簡單、安裝維護方便、不易堵塞；3）靜壓損失小，在電廠常用來測量給水、凝結水和燃油的流量。4）流量系數與其結構因素、被測介質的黏度和密度有關，在使用前應該進行標定。第三節

速度式流量測量一、渦輪流量計二、渦街（漩渦）流量計三、電磁流量計四、超聲波流量計

一、渦輪流量計測量原理與結構

利用置于流體中的渦輪的旋轉角速度與流體速度成比例的關系，通過測量渦輪的轉速來反映通過管道的體積流量k—儀表常數，由實驗標定特點

1）精度較高（0.5%）；2）測量范圍寬,量程比大（qmax/qmin=6～10）；3）慣性小，響應快（1～50ms）；4）耐高壓，壓力損失小；5）安裝檢修方便，耐腐蝕，適用流體多；缺點

1）要求流體的清潔度高，不能夾雜物或固體顆粒；2）不適于測量粘度過大的液體的流量。4．安裝

二、渦街流量計

測量原理

在流體中放置一個有對稱形狀的非流線型阻流體（漩渦發生體）時，從阻流體下游兩側就會交替產生兩列有規則的漩渦（卡門渦街）。在一定的流量范圍內漩渦分離的頻率與管道內的平均流速成正比，與阻流體的寬度成反比。三角柱漩渦流量計框圖特點：

1）精確度比較高（1%～2%）2）測量范圍寬（量程比10：1或20：1）3）無可動部件，可靠性高，壓損小4）結構簡單牢固，安裝維護方便費用較低；5）適用流體種類多，可適用液體、氣體、蒸氣和部分混相流體的流量測量。安裝：對直管段要求高三、電磁流量計測量原理

導電的流體介質在磁場中作垂直方向流動而切割磁力線時，會在管道兩邊的電極上產生感應電動勢組成

變送器——將流速（流量）信號轉變為感應電動勢；轉換器——將變送器送來的電壓信號放大，并且線性地轉換成標準電信號輸出。特點：1）無機械慣性，反應靈敏，可測瞬時脈動流量；2）無可動部件，也無插入管道的阻力件，故壓力損失小；3）可測量具有一定電導率的酸、堿、鹽溶液，臟污介質、腐蝕性介質以及含有固體顆粒（泥漿、礦漿等）懸濁性液固兩相流的液體流量；4）測量范圍寬。缺點：1）被測流體必須是導電的，不能測量氣體、蒸汽和石油制品等含有大量氣體和電導率很低的液體流量；2）由于測量管內襯里材料和電氣絕緣材料的限制，不能用于測量高溫介質的流量；3）易受外界電磁干擾的影響。四、超聲波流量計傳播時間法：（時差法、相差法、頻差法）根據流體的流速不同，從而超聲波傳播的速度不同來測量流速的。多普勒法利用流體中固體微粒或氣泡對超聲波的散射所產生的多普勒頻移來確定流體速度便攜式一體式標準管段式手持式特點1）可安裝在管道外壁上，實現不接觸測量；2）能用于任何液體，特別是具有高粘度、強腐蝕性、非導電性、放射性流體的流量測量；3）價格不會隨管道口徑變化，特別適合大口徑管道的液體流量測量。缺點：1）只能用于清潔液體和氣體，不能測量懸浮顆粒和氣泡超過某一范圍的液體，會影響聲傳播；2）準確度不高，在2％左右；流體的聲速是溫度的函數，流體的溫度變化會引起測量誤差；流速沿管道的分布情況會影響測量結果，需要進行修正。第四節

容積式流量測量

流體通過流量計時，在流量計進、出口之間產生一定的壓力差，從而推動運動部件轉動或移動，將流體一次次充滿計量空間（儀表殼體和儀表內的運動部件構成一個具有一定容積的計量空間），并由入口排向出口。計量空間的體積是確定的，只要測得轉子的轉動次數，就可得到通過流量計的流體體積的累積值。

測量原理橢圓齒輪流量計特點1）測量準確度高；2）測量范圍度較寬；3）一般不受流動狀態的影響，也不受雷諾數大小的限制；但是易受物性參數的影響；4）安裝方便，流量傳感器前不需要直管段；5）