流量测量中常用的流体参数研讨.doc

流量测量中常用的流体参数 对工业管道流体流动规律的研究、流量测量计算以及仪表选型时，都要遇到一系列反映流体属性和流动状态的物理参数．这些参数，常用的有流体的密度、粘度、绝热指数(等熵指数)、体积压缩系数以及雷诺数、流速比(马赫数)等；这些物理参数都与温度．压力密切相关。流量测量的一次元件的设计以及二次仪表的校验，都是在一定的压力和温度条件下进行的。若实际工况超过设计规定的范围，即需作相应的修正。 一、流体的密度 流体的密度( )是流体的重要参数之一，它表示单位体积内流体的质量。在一般工业生产中，流体通常可视为均匀流体，流体的密度可由其质量和体积之商求出： ＝ ???????????????????????????????? （1－2） 式中? m——流体的质量，kg； ????? V——质量为m的流体所占的体积，m3 密度的单位换算见表1—3。 各种流体的密度都随温度、压力改变而变化．在低压及常温下，压力变化对液体密度的影响很小，所以工程计算上往往可将液体视为不可压缩流体，即可不考虑压力变化的影响．但这只是一种近似计算。而气体，温度、压力变化对其密度的影响较大，所以表示气体密度时，必须严格说明其所处的压力、温度状况． ??? 工业测量中，有时还用“比容”这一参数。比容数是密度数的倒数，单位为m3／kg。 ??? 二、流体的粘度 ??? 流体的粘度是表示流体内摩擦力的一个参数。各种流体的粘度不同，表示流动时的阻力各异。粘度也是温度、压力的函数．一般说来，温度上升，液体的粘度就下降，气体的粘度则上升．在工程计算上液体的粘度，只需考虑温度对它的影响，仅在压力很高的情况下才需考虑压力的影响。水蒸气及气体的粘度与压力、温度的关系十分密切．表征流体的粘度，通常采用动力粘度( )和运动粘度(v)，有时也采用恩氏粘度(°E)． 流体动力粘度的意义是，当该流体的速度梯度等于l时，接触液层间单位面积上的内摩擦力．流体的动力粘度也可理解为两个相距1m、面积各为1m2的流体层以相对速度1m／s移动时相互间的作用力，即 ?????? ＝ ???????????????? ???????????（1－3） 式中?? ――单位面积上的内摩擦力，Pa； v——流体流动速度，m／s； ??????? h——两流体层之间的距离，m； ??????? ——速度梯度，I / S； ??? 动力粘度 的单位Pa·s是国际单位制(SI)的导出单位，是我国法定单位．它与过去习惯使用的其他单位的换算关系见表l—4．表中 的单位达因·秒／厘米2(dyn·s／cm2)是厘米—克—秒单位制(c．G．s单位制)的导出单位，习惯上称泊(P)。取其百分之一为单位，称厘泊(cP)，或百万分之一为单位，称微泊( P)。 由于流体的粘度和密度有关，将动力粘度与流体密度之比作为粘度的另一参数，称运动粘度，用v表示： ?????????? v＝ ????????????????????????????????????? （1－4） 在SI单位制中，v的单位为m2/s与过去习惯用的其他单位间的换算关系见表1—5。表中v的单位cm2／s是c瓽．s单位制的导出单位，称斯托克斯(St)，取其百分之一为单位，称厘斯(cSt)。 在试验室对粘度进行测定常采用恩格勒粘度计，这里还需提及恩氏粘度(E)的概念。流体的恩氏粘度又称条件粘度，它是基于流体的粘性越大，流动时表现的阻力也越大的原理,按下列方式测定的：取一定容积的被测流体(例如200mL)，在一定的温度(t℃)下，测定其从恩格勒粘度计流出的时间( t)，以s为单位，然后与同体积的蒸馏水在20℃时流出恩格勒粘度计的时间（ ）对比，其比值称该流体在t℃时的恩氏粘度． ???? 恩氏粘度与运动粘度在常用范围内的对照关系见表1—6。当v＞1．2×l0－4m2／s时，在同一温度t下，E与v的换算采用下式： ???????????? Et＝135×103Vt?????????????????????????? （1－6） 或?????????? Vt＝7. 41×10－6Et???????????????????????? （1－7） 式中?? Et――在温度t时的恩氏粘度； Vt――在温度t时的运动粘度。 三、牛顿流体及非牛顿流体 在节流装置的设计标准、规程以及一些流量测量方法的“适用范围”栏目中，常常提出所测流体仅限于“牛顿流体”。什么是牛顿流体和非牛顿流体呢? 在前述流体的粘度一节中，给出了流体动力粘度的定义式(1—3)，由该式可以导出在流体内部有速度梯度(剪切进度) 时，作用在与该速度梯度方向垂直的单位面积上的内摩擦力(或称剪切应力、粘滞力) 与 之间的关系式是： 式(1—8)称牛顿粘性定律。当式中比例系数 (即动力粘度)为常数时，内摩擦