化工基础3.3_流体压力和流量的测量91905讲解.ppt

* * 化 工 基 础 复 习 根据_________定律，对定态流动的流体进行物料衡算，得到流体流动的______方程: m1 = m2 或qm1 = qm2 根据_________定律，对定态流动的流体进行能量衡算，得到流体流动的______方程: Hf He 1、理想流体在导管中作定态流动时，导管任一截面的总能量或总压头为一常数。 2、能量在不同形式间可以相互转化，当某一形式的压头的数值因条件而发生变化时，相应地引起其他压头的数值的变化。 * 伯努利方程的物理意义 质量守恒 连续性 能量守恒 柏努利 教学目的： 重 点： 3.3 流体压力和流量的测量 使学生了解测量流体压力和流量的仪表，掌握各种流量测量仪表的工作原理，熟悉各种流量计的工作范围。 U型管压力计、孔板流量计和转子流量计的工作原理 难 点： 孔板流量计计算公式的推导 （1）U型管压强计 p1 p2 ?i ? Z1 Z2 △R A B Z 所选指示剂与所测流体不互溶，且?i? 当测量系统某一点的压强时,U型管压强计一端连通大气,一端接测压点,测得的是表压或真空度. Note: 管内盛有与测量流体互不相溶的、密度为ρi的指示液，U型管的两侧分别联结到被测系统的两点，随测量的压力差不同，U型管中指示液显示不同的高度差 结构： 根据流体静力学方程： 若被测流体是气体,通常 得： 1、流体压力的测量 例 如附图所示，水在管道中流动。为测得A-A′、B-B′截面的压力差，在管路上方安装一U形压差计，指示液为水银。已知压差计的读数R＝150mm，试计算A-A′、B-B′截面的压力差。已知水与水银的密度分别为1000kg/m3和13600 kg/m3。 解：图中，1-1′面与2-2′面间为静止、连续的同种流体，且处于同一水平面，因此为等压面，即 又 所以 整理得 　　由此可见， U形压差计所测压差的大小只与被测流体及指示剂的密度、读数R有关，而与U形压差计放置的位置无关 （2）倒置U型管压力计 p1 p2 ?R 以被测液体作为指示液，液体的上方充满空气，空气的进出可通过顶端的旋塞来调节。 （3）微差压力计 两种密度不同且不互溶而有明显界面的指示液 NOTE: 两种指示液的密度相差越小,测量的灵敏度越高. 在U形微差压计两侧臂的上端装有扩张室，其直径与U形管直径之比大于10。当测压管中两指示剂分配位置改变时，扩展容器内指示剂的可维持在同水平面。压差计内装有密度分别为 ?1 和 ?2 的两种指示剂。 微压差?p 存在时，两扩大室液面高差很小以致可忽略不计，但U型管内却可得到一个较大的 R 读数。 弹簧管压力表 压力表结构图 1.表壳 2.弹簧管 3.指针 4.机芯 5.连杆 6.刻度盘 7.接头 （1）孔板流量计 2、流体流量的测量 如图所示，在管道内与流动垂直的方向插入一片中央开圆孔的板，孔的中心位于管道的中心线上，孔板前后管壁上有测压孔，用以连接压力计即构成孔板流量计。 工作原理：根据流体动力学原理（柏努利方程），流体通过孔口时，因截面积骤然缩小，流体流速随之增大；因流体动压头增大，其静压头骤然缩小。利用U型管压强计测出孔板前后的压强差。 为了建立管内流量与孔板前后压力变化的定量关系，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，在孔板后取截面2－2 ，在1－1 和2－2 两截面之间列机械能衡算方程，并暂时略去能量损失，可得 u0 u △R 因为是水平管道，所以Z1=Z2，化简得： 对不可压缩性流体，根据连续性方程，可得： 将上式代入3-27式 （3-27） 对于实际流体而言，由于流动阻力引起得压头损失，孔板处突然收缩造成的扰动，以及板与导管间装配可能有误差，将这些影响归纳为一个校正系数c0，对所测的流速加以校正，得： C0称为孔板流量系数，其值由试验或经验关系确定。一般情况下为0.61－－0.63. 若液柱压力计读数为 △R，指示液密度为ρi，则 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，S2/S1越小，能量损失越大 (2). 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）流量计。 如图所示，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