第一章 流体流动1.8 流量的测量1.8.1测速管1.8.2 孔板流量计1孔板流量计 孔板流量计(orifice flowmeter)是利用孔板对 流体的节流作用，使流体的流速增大，压力减小 ，以产生的压力差作为测量的依据。动画032图1-29 孔板流量计孔板流量计 孔板缩脉3取孔板上游尚未收缩的流动截面为1-1，下游 截面宜放在缩脉处，以便测得最大压差读数，但由 于缩脉的位置及其截面积难于确定，故以孔板处为 下游截面0-0，在1-1和0-0两截面之间列机械 能衡算方程，并暂时略去能量损失，可得 或写成(1-109) (1-110) 孔板流量计 4引入校正系数:C1，校正因忽略能量损失带来的偏差。应用不可压缩流体的连续性方程孔板小孔 截面积管道截 面积孔板流量计 5角接取压法 ：通常的做法 是将上、下 游两个测压 口装在紧靠 着孔板前后 的位置上。孔板流量计 6引入校正系数: C2 ，校正上、下游测压口的位置影响。整理式1-110可得(1-111) 孔板流量计 7令，则上式变为(1-112) 体积流率为 (1-113) 孔板流量计 8C0称为流量系数或孔流系数，其值与Re、面积 比A0/A1以及取压法有关，需由实验测定。 孔板流量计 质量流率 (1-114) 9图1-30 流量系数与Re的关系 10孔板流量计制造简单，安装与更换方便， 其主要缺点是流体的能量损失大，A0/A1越小， 能量损失越大。孔板流量计的永久能量损失， 可按下式估算 (1-117) 孔板流量计 11孔板流量计安装位置的上、下游都要有一 段内径不变的直管作为稳定段，根据经验，其 上游直管长度至少应为10d1，下游长度至少为 5d1。孔板流量计 12第一章 流体流动1.8 流量的测量1.8.1 测速管1.8.2 孔板流量计1.8.3 文丘里流量计13文丘里流量计 为减少流体节流造成的能量损失，可用一段 渐缩渐扩的短管代替孔板，这就构成了文丘里（ venturi flowmeter）流量计。当流体在渐缩渐扩段内流动时，流速变化平 缓，涡流较少，于喉颈处（即最小流通截面处） 流体的动能达最高。此后，在渐扩的过程中，流 体的速度又平缓降低，相应的流体压力逐渐恢复 。如此过程避免了涡流的形成，从而大大降低了 能量的损失。 14图1-31 文丘里流量计 文丘里流量计 15由于文丘里流量计的工作原理类似于孔板流 量计，在1-1和0-0两截面之间列机械能衡算 方程，得到与孔板流量计相同的公式，流率可按 下式计算 文氏流量计的流量系 数，其值由实验测定 一般为0.980.99。 文丘里流量计 16通常文丘里流量计上游的测压点距管径开 始收缩处的距离至少应为管径的1/2长度，而 下游测压口设在喉颈处。 文丘里流量计的优点是能量损失小，但不 如孔板那样容易更换以适用于各种不同的流率 测量；文丘里管的喉颈是固定的，致使其测量 的流率范围受到实际的限制。文丘里流量计 17第一章 流体流动1.8 流量的测量1.8.1 测速管1.8.2 孔板流量计1.8.3 文丘里流量计1.8.4 转子流量计18转子流量计 转子流量计(rotary flowmeter)流量计称 为变截面流量计，即压力差几乎保持不变，而 收缩的截面积随流量变化。 动画0519图1-32 转子流量计1锥形玻璃管；2转子 ；3刻度转子流量计 20对于特定的转子流量计，当待测流体给定 后，流量的大小仅仅取决于转子与玻璃管之间 的环隙面积。此时，流体流经该环隙截面时， 其流量与压力差的关系相当于流体流经孔板流 量计孔口的情况 (1-121) 转子流量计 21转子流量计由专门厂家生产。通常厂家选 用水或空气分别作为标定流量计的介质。因此 ，当测量其它流体时，需要对原有的刻度加以 校正。转子流量计的优点是能量损失小，测量范 围宽。但耐温、耐压性差。转子流量计 22第一章 流体流动1.9 非牛顿型流体的流动1.9.1 非牛顿型流体的流动特性23非牛顿型流体的流动特性流动特性不遵循牛顿黏性定律的流体统称 为非牛顿型流体。n为流动特性指数，K称为稠度系数。许多非牛顿型流体，在很大的剪切速率范 围内，都可以用如下幂律形式的方程来描述(1-122) 24根据剪应力与速度梯度（亦称剪切速率） 关系的不同，可将非牛顿型流体区分为若干类 型。非牛顿型流体的流动特性25图1-33 流体的流变图 a牛顿型流体； b假塑性流体；c胀塑性流体； d宾汉塑性流体 非牛顿型流体的流动特性26大多数非牛顿型流体属于此种类型（如图1 -33中的b线），如聚合物溶液或熔融体、油脂 、淀粉溶液等。 表观黏度 对于假塑性流体，表观黏度随剪切速率的增加 而减小，故n1时称为胀塑性流体（图1-33的c线）。这类 流体在流动时，表观黏度随剪切速率的增大而 增大。某些湿沙，含有硅酸钾、阿拉伯树胶等 的水溶液均属于胀塑性流体。 28三、宾汉塑性流体(Bingham plastic fluid)(1-125) 某些液体，如润滑脂、牙膏、纸浆、污泥 、泥浆等属于宾汉塑性流体。 29第一章 流体流动1.9 非牛顿流体的流动1.9.1 非牛顿型流体的流动特性1.9.2 幂律流体在管内流动的阻力30一、管内层流对于幂律流体在管内的流动 代入剪应力沿管径方向的分布式： 积分并整理，可得31管中心最大流速： 管内速度分布： 管截面平均流速: 一、管内层流32非牛顿流体的 广义雷诺数 摩擦系数摩擦阻力时流动为层流 一、管内层流33二、管内湍流通过实验关联，幂律流体在光滑管中作湍 流流动时的摩擦系数的经验方程为34练 习 题 目思考题作业题: 23、24、251.各种流量计的测量原理。 2.那些属于变截面流量计，那些属于变压差流量 计？ 3.非牛顿性流体的分类及特性。35v流体静力学方程及其应用 v连续性方程、机械能衡算方程及其应用 v管路系统阻力的计算方法 学 习 指 导本章重点掌握的内容v动量传递原理 涡流动量传递原理 流体与壁面之间的对流动量传递原理 边界层与边界层分离现象 管内摩擦阻力、局部阻力的计算36v管路计算 学 习 指 导v流速与流量的测量方法 简单管路、并联与分支管路的计算 气体（可压缩流体）输送管路 非牛顿流体输送管路的计算流量计的结构 流量计的工作原理37