1、2018/4/6,1,1,流量测量基础知识,2018/4/6,1,2,主要内容,一、流量测量基本概念二、流量的单位三、流量测量中常用物性参数四、管内流动基本知识,2018/4/6,1,3,流量与流量计: 流量是单位时间内流过管道横截面或明渠横断面的流体量。流体量以质量表示时，称“质量流量”，一般用qm表示；流体量以体积表示时，称“体积流量”，一般用qv表示。,一、流量测量基本概念,2018/4/6,1,4,定常流：流量不随时间变化或变化非常缓慢的流动。脉动流：流动是非定常的，流量随时间呈周期性或非周期性不断变化。,2018/4/6,1,5,瞬时流量,数学表达式,2018/4/6,1,6,总量
2、:在一段时间内流过管道横截面或明渠横断面的流体总量称为“累积流量”，也常被称为“总量”。,2018/4/6,1,7,流量计 :测量管流或明渠流中流量或总量的仪器称为流量计。体积流量计：如容积式流量计、涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计和超声流量计等 ；质量流量计：科里奥利质量流量计、热式质量流量计等 。,返回,2018/4/6,1,8,二、流量的单位,SI单位：体积流量的单位为（米3/ 秒）（m3/s）；质量流量的单位为（千克/秒）（kg/s）。 工程常用单位：体积流量：米3 /小时（m3/h），升/小时（l / h）；质量流量：千克/小时（kg/h），吨/小时（t / h）。,返回,2018
3、/4/6,1,9,三、流量计量中常用物性参数,1、流体的密度 ：单位体积内流体的质量，用符号表示。 单位：kg / m3 各种流体的密度都随流体的状态（温度T，压力p）而变化 。,2018/4/6,1,10,1.1 液体的密度 ：压力不变时，液体的密度计算公式 ：温度不变时，液体的密度计算公式 ：和 为液体的温度膨胀系数和体积压缩系数，由于 很小，工程上往往可将液体视为不可压缩流体 。,流量计量中常用物性参数,2018/4/6,1,11,1.2 气体的密度: Z为气体的压缩系数，是实际气体偏离理想气体定律的一个校正系数 ，越是高压、低温（即离液相越接近），越要考虑这一校正系数。（101325P
4、a，293.15）,流量计量中常用物性参数,2018/4/6,1,12,2、流体的粘度 ：流体的粘度是表示流体内摩擦力大小的一个参数，是造成流动阻力的根源。 所有实际流体在流动时都有阻止其流体质点发生相对滑移的性质，这就是流体的粘性，粘度就是用来度量流体粘性大小的参数。各种流体的粘度都随流体的状态（温度T，压力p）而变化 。,流量计量中常用物性参数,2018/4/6,1,13,通常，温度T上升，液体的粘度下降，而气体的粘度上升。一般工程计算中，液体的粘度只需考虑温度对它的影响，而气体和水蒸汽的粘度与温度T、压力P的关系十分密切。,2018/4/6,1,14,表征流体的粘度常用的有三种：动力粘度
5、（）运动粘度（）恩氏粘度（E）通常采用动力粘度和运动粘度，有时也采用恩氏粘度。,2018/4/6,1,15,2.1 动力粘度： 牛顿内摩擦定律动力粘度的单位Pas 与CGS单位制中的p（泊g / cms ），cp（厘泊）等单位的换算关系 ：1 Pas10 p（泊）1000cp（厘泊）20的水，1 cp（1.002）（20.2 时1cp）,流量计量中常用物性参数,2018/4/6,1,16,2.2 运动粘度：动力粘度与流体密度的比值称为运动粘度，常用 来表示：运动粘度 的单位为m2 / s。 与CGS单位制中的St（斯托克斯cm2 / s），厘斯（cSt）等单位之间的换算关系 :1 m2 / s
6、 104 St （斯）106 cSt （厘斯）20的水， 1 cSt（1.004）柴油3-8 cSt,流量计量中常用物性参数,2018/4/6,1,17,2.3 恩氏粘度： 恩氏粘度是实验室用恩格勒粘度计测定的流体粘度，它被定义为用200mL温度为tC的被测流体流过恩格勒粘度计所需的时间t和温度为20C的同体积蒸馏水流过同一恩格勒粘度计所需的时间t0的比值。即,流量计量中常用物性参数,2018/4/6,1,18,3、气体的等熵指数 ：如果流体在状态变化的某一过程中不与外界发生热量的交换，则该过程就称为绝热过程。可逆的绝热过程称为等熵过程。测量气体(或蒸汽)流量时，气体通过流量计时所经历的热力过
7、程可近似地认为是一绝热过程。符合绝热过程状态方程 k为被测气体的等熵指数或绝热指数。,流量计量中常用物性参数,2018/4/6,1,19,当气体服从理想气体定律时，其等熵指数k可用定压比热cp和定容比热cv之比（比热比）来表示。即一般，单原子气体的等熵指数k为1.67，双原子气体的等熵指数k为1.40，多原子气体的等熵指数k为1.29,返回,2018/4/6,1,20,四、管内流动基本知识,1、层流与紊流，雷诺数 层流流动时，管内流体分层流动，各流层之间互不混杂而平行于管道轴线流动，流层间没有流体质点的相互交换。流体通过一段管道的压力降与流量成正比。紊流流动时，管内流体不再分层流动，流体质点除
8、沿管道轴线方向运动外，还有剧烈的径向运动。流体通过一段管道的压力降与流量的平方成正比。,2018/4/6,1,21,判断管内流动是层流流动还是紊流流动的判据是一个无量纲数 雷诺数Re。对于圆管一般认为，管道雷诺数 为层流状态，而当雷诺数大于此值时，流动将开始转变成紊流状态。,2018/4/6,1,22,工程计算中，一般管道直径单位以mm表示，而且往往已知体积流量qv（单位用m3 / h表示）或质量流量qm（单位用kg / h表示）而非流速u，在这种情况下，雷诺数可用下面的实用公式来计算：,2018/4/6,1,23,雷诺数计算,家用自来水，D=20mm，流量qm=200kg / h （小于DN
9、20 水表的分界流量），求管道雷诺数。 0.354*200/20/0.001= 3540 空气流动， D=50mm，流量qv=10m3 / h（约1.3m/s的流速烟能表示风向，但风向标尚不能指示风向），求管道雷诺数。 0.354*10/50/14/10-6 = 5057,2018/4/6,1,24,2、管内速度分布与平均流速管内截面上的流速并不处处相等一般的规律是：越靠近管壁，由于流体与管壁的粘滞作用，流速越小，管壁上的流速为零；越靠近管中心，由于流体与管壁的这种粘滞作用越小，流速就越大，管道中心的流速达最大值。,管内流动基本知识,2018/4/6,1,25,2.1 速度分布层流流动时 ：紊
10、流流动时 ：n为随雷诺数不同而变化的指数(7-10),管内流动基本知识,2018/4/6,1,26,2018/4/6,1,27,2.2平均流速所谓平均流速，平时总是指管道截面上的平均流速。其含义是当管内流体以某一流速 均匀分布时通过管道某截面的流量正好等于管内流体以某一速度分布 时通过该管道截面的流量，则 就是该截面上速度分布为 时的平均流速。,管内流动基本知识,2018/4/6,1,28,数学表达式 :层流状态 紊流状态,2018/4/6,1,29,3、流动基本方程 流体在流经管道和流量计时必须遵守的几个流动方程。主要有： 连续性方程 伯努利方程,管内流动基本知识,2018/4/6,1,30
11、,3.1 连续性方程流体被认为是由无数流体微团连续分布而组成的连续介质，表征流体属性的密度、粘度、速度、压力等物理量是可以连续变化的。 连续性方程实际上就是质量守恒定律在运动流体中的具体应用,管内流动基本知识,2018/4/6,1,31,数学表达式对于可压缩流体定常流动 对于不可压缩流体定常流动,2018/4/6,1,32,3.2 伯努利方程伯努利方程实际上就是能量守恒定律在运动流体中的具体应用。 可以证明，当无粘性正压流体在有势外力作用下作定常运动时，其总能量（位置势能、压力能和流体动能之和）沿流线是守恒的。,管内流动基本知识,2018/4/6,1,33,对于不可压缩流体 对于可压缩绝热完全气体,2018/4/6,1,34,
