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3.流速及流量测量解析

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如何进行水流测量与流量计算

如何进行水流测量与流量计算

如何进行水流测量与流量计算引言：水是生命之源，随处可见的水流不仅在自然界中扮演着重要角色，也在工业生产和日常生活中扮演着至关重要的角色。

而了解水流的量和速度是进行科学研究、工程设计以及资源管理的基础。

本文将介绍水流测量的方法和流量计算的原理，帮助读者更好地理解这一领域的基本概念和技术。

一、流速测量的方法在进行流量计算之前，我们首先需要了解如何测量水流的流速。

以下是常见的几种流速测量方法：1. 浮标法浮标法是一种简单而直观的流速测量方法。

它适用于有明显水流的河流、溪流或管道中的流速测量。

测量者在水中放置浮标，然后观察它在一段距离内所需的时间来测量流速。

通过测量浮标在固定距离内所经过的时间，再结合距离，可以计算出水流的平均速度。

2. 流速计流速计是一种专用仪器，可以直接测量水流的速度。

它使用了多种原理，如旋转叶片、超声波或压力传感器等。

通过将流速计置于水流中，仪器将给出实时的水流速度读数。

这种方法通常比浮标法更准确和方便，特别适用于涉及精确测量的工程和科学研究。

3. 勒测法勒测法是一种通过测量水流对流体的压力进行流速估计的方法。

它通常应用于管道或河道等封闭系统中，使用特殊的勒测计来测量压力差。

通过压力差和流体性质，可以推算出流速。

勒测法精度较高，但需要专用仪器和更复杂的计算。

二、流量计算的原理测量流速后，我们可以通过流量计算来确定水流的总量。

以下是几种常见的流量计算方法：1. 平均速度法平均速度法是基于流速的平均值来计算流量的方法。

首先通过流速测量方法得到几个采样点的流速值，然后将这些值求平均。

接下来，将平均速度与管道的横截面积相乘，即可得到流量。

2. 勒测法上文提到的勒测法可以直接得到流速，从而可以直接计算流量。

勒测法的优势在于其高精度和实时性，尤其适用于对流量要求较高的场合。

3. 两点法两点法是一种利用流速在不同位置上的差异来计算流量的方法。

通过在管道的不同位置上测量流速，并记录下相应的对应位置，可以得到流速的分布情况。

流速和流量测量的基本原理及特点

流速和流量测量的基本原理及特点
❖ 常见流量计的种类及性能 参见教材第197页表4-1。
❖4.流量计及其主要参数 ❖用于测量流量的计量器具称 为流量计。有一次装置和二次 仪表组成。 ❖流量计的主要技术参数有： ❖流量测量范围上限值： A=a×10n ❖其中 a=1.0,1.25,1.6,2.0,2.5,3.2,4 .0,5.1,(6.0),6.3,8.0 ❖差压测量范围上限值
5
容积式计量表
椭圆齿轮 流量计
腰轮流量 计
活塞式 流量计
括板式流 量计
6
❖ 2.流速法 原理：速度型流量计以流体一元流动
的连续方程为理论依据，即当流通截面 确定时，流体的体积流量与截面上的平 均流速成正比。
形式：差压式、转子式、涡轮式、层 流式，电磁式、声波式
特点：使用性能好，精度高；可用于 高温、高压介质的测量，流动状态、Re 对测量的影响大。
13
皮托管
均速管
14
❖ 测速管的安装
❖ 1.必须保证测量点位于均匀流段，一般要求测 量点上、下游的直管长度最好大于50倍管内径， 至少也应大于8～12倍。
❖ 2.致负偏差。
❖
3.测速管的外 即d0<d/50。
径
d0
不应
超过
管
内
径
d
的1/50，
❖ 测速管对流体的阻力较小，适用于测量大直径
管道中清洁气体的流速，若流体中含有固体杂
质时，易将测压孔堵塞，故不易采用。此外，
测速管的压差读数较小，常常需要放大或配微
压计。
15
4.3节流式流量计
❖ 4.3.1测量原理与流量方程 ❖ 节流式流量计是利用流体流经节流元件产生的压力差
来实现流量测量的。将节流件垂直安装在管道中，以 一定取压方式测取孔板前后两端的压差，并与压差计 相连，即构成节流式流量计。

流速与流量测量PPT课件

流速与流量测量PPT课件
3
第一节 流速测量
一．机械法测量流速 二．散热率法测量流速 三. 动压法
4
一．机械法测量流速
1．种类：翼式、杯式
翼式
适用范围杯：式 以前：风速范围为15—20m/s以内，只能测量流速的 平均值，不能测量脉动流。通过机械仪表用指针指示。 目前：测速范围为0.25—30m/s，并且可测量流速的 瞬时值。可将叶轮的转速转换成电信号。
P 0Pj 1 2v2(1) 可压缩性修正系数
M2 2kM4绝热 指 数
4 24 马赫数
•在通风空调工程中，气体流速一般低于40m/s， 空气温度为20℃，常温下音速为343m/s，
M V 0.12 （1+ε）=1.0034
C
所以气体的可压缩性程度对于动压的影响很小，
一般情况下可忽略。
14
• 国标中规定：测压管的使用上限流体马 赫数M<0.25，测量下限流速在全压孔的 Re>200。上限或下限的规定都是为了避 免造成过大的测量误差。
21
继续看吧
（2）T形毕托管：迎 着流体的开口端测 量流体的总压，背 着流体的开口端测 量流体的静压。一 般用于测量含尘浓 度较高的空气流速， 速度校正系数一般 为 0.83—0.87 。 例 如测量烟气流速。
22
四．激光多普勒测速技术
激光多普勒测速仪是利用随流体运动的 微粒散射光的多普勒效应来获得速度信 息，静止的激光光源发射的激光照射到 随流体运动的粒子上，同时粒子又将接 收到的光波向外散射，当静止的光接收 器接收散射光时，光接收器所收到的散 射光频率fs与静止光源的光波频率f0之 差与运动粒子的速度成正比。这个差值 就叫多普勒频率。
表二达．方式
qm—质量流量 qw—重量流量 qv—体积流量

流速及流量测量介绍

流速及流量测量介绍

（2）流体条件及管道要求
1）标准节流装置只适用于圆形截面的管道中单项、 均质流体的流量，流体应充满圆管并连续稳定流 动，流速应小于亚音速，流体在到达节流件前应 是充分发展的紊流。
2）节流件上下游的直管段长度应符合标准的要求。
4．配套仪表
双管差压计、双波 纹管差压计、电容 式差压变送器等。 若直接显示流量， 仪表内需要有开方 器。
测量误差 ≤±(0.5%O.F.S+2.5%O. R)
线性误差 ≤± 0.5%O.F.S(10m/s)
环境温度 0℃…+60℃最高 额定压力 PN 16bar
重复精度 测量值的0.4%
管接头 不锈钢
输出信号 晶体管PNP和NPN集
壳体
PC
电极开路最大100mA 外壳
IP 65(带电缆插头)
频率0…200Hz
v—平均流速 m/s
Q
4
D2
v
E 4 104 B Q kQ
D
变送器结构
外壳、磁轭、励磁 线圈、电极、测量 导管 注意： 1．为了防止磁力线被
测量导管的管壁短路， 导管由非导磁的材料 组成。 2．当采用导电材料作 导管，测量导管与电 极之间需要加内衬。
特点
测量精度高，一般为1.0级；可以测量含 有固体颗粒或纤维或带有腐蚀性的液体； 直管段要求低；被测液体需要导电。
2. 按中间矩形法布置测点。在 每一个圆环内布置测点，测 点所在圆周恰将圆环面积平 分，推荐均布四个。也可按 切比雪夫法布置测点。
3. 平均流速等于各点平均
二．利用节流装置进行流量测量
组成：节流装置、导压管、显示仪表
信号变换
仪表组成
1.节流件的工作原理
（以孔板为例）

化工原理课件-流速和流量测定

化工原理课件-流速和流量测定

qv qvo u0 A0 C0 A0
2 p1 p0

若采用正U型管压差计测 量压差则：
u
u0 C0
2i gR

qv C0 A0
2i gR

缩脉
1
2
3
0
0
1
2
3
R
孔板流量计
C0与哪些因素有关？ C0 主 要 取 决 于 管 道 流 动 的 Re1 和 面 积比m 、测压方式、孔口形状、加
压差计读数反映冲压能与静压能之差，即
p

pB

pA
( pA

u
2 A
)

pA

u
2 A
2 2
则有
uA
2p

若U型管压差计的读数为R，指示液的密度为ρi ， 流体的密度为ρ，则根据静力学基本方程，可得
uA
2gR(i )
当被测的流体为气体时，上式可化简为
uA
转子流量计 体积流量
qv CR A0
2( f )Vf g Af
（1）特点： 恒压差、变截面——截面式流量计
（2）刻度换算： 标定流体： 20℃水（＝1000kg/m3 ） 20℃、101.3kPa下空气（ ＝1.2kg/m3）
CR相同,同刻度时:
qvB A( f B ) qvA B ( f A)
工光洁度、孔板厚度，管壁粗糙度
也对C0有影响。对以上情况都规定 的标准孔板， C0 = f(Red , m)，其
关系由实验测定。
Red

du1
不是Re0

d0u0
如图所示为标准孔板的C0曲线，

流体的流速和流量

流体的流速和流量

流体的流速和流量流体力学是研究流体的力学性质和运动规律的学科。

在流体力学中，流速和流量是两个重要的概念，它们描述了流体在空间和时间中的运动状态和特性。

本文将详细介绍流体的流速和流量，以及它们之间的关系和计算方法。

一、流速的概念和计算方法流速是指流体单位时间内通过某一横截面的体积。

通常用符号V来表示流速，单位可以是米每秒（m/s）或厘米每秒（cm/s）等。

在流体力学中，流速是描述流体运动的重要参数之一。

计算流速的方法有多种，常用的有以下几种：1. 平均流速：平均流速是指流体通过某一横截面的平均速度。

它可以通过测量流体通过横截面的流量和横截面积来计算。

设流量为Q，横截面积为A，则平均流速V可以用以下公式表示：V = Q / A2. 体积流速：体积流速是指单位时间内通过某一横截面的体积。

在某些情况下，流体的流速可能随着位置和时间的变化而变化，此时需要考虑空间和时间中的体积流速。

体积流速可以用以下公式表示： V = dV / dt3. 瞬时流速：瞬时流速是指流体在某一瞬时时刻通过某一横截面的速度。

它可以通过测量流体通过横截面的流量和流过时间来计算。

设流量为Q，流过时间为Δt，则瞬时流速V可以用以下公式表示：V = Q / Δt二、流量的概念和计算方法流量是指单位时间内通过某一横截面的流体体积。

通常用符号Q来表示流量，单位可以是立方米每秒（m³/s）或升每秒（L/s）等。

流量描述了流体运动的强度和数量。

计算流量的方法和计算流速的方法相似，常用的有以下几种：1. 流量的直接测量：可以通过使用流量计等设备直接测量流体通过横截面的流量。

2. 流速和横截面积的乘积：可以通过测量流速和横截面积，计算流体通过横截面的流量。

设流速为V，横截面积为A，则流量Q可以用以下公式表示：Q = V × A3. 流速的积分：当流速随着位置和时间的变化而变化时，可以通过将流速在横截面上积分，得出流体通过横截面的流量。

化工原理 第一章 流速和流量的测量

2019/8/3
（5）测速管安装于管路中，装置头部和垂直引出部 分都将对管道内流体的流动产生影响，从而造成测 量误差。因此，除选好测点位置，尽量减少对流动 的干扰外，一般应选取皮托管的直径小于管径的 1/50。 （6）测速管对流体的阻力较小，适用于测量大直径 管道中清洁气体的流速，若流体中含有固体杂质时 ，易将测压孔堵塞，故不宜采用。
速：
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R
R
R
qV 0 urdA 0 ur 2rdr 2 0 rurdr
u qV A
（2）根据管内的最大流速与平均流速之间的关系， 测出管内的最大流速，然后确定平均流速及流量。 该法要使用试差法，其具体步骤为： ①假设流型（层流或湍流）； ②由最大流速计算平均流速（如u＝0.5umax）； ③校核流型（与假设流型是否相符）。 （3）根据皮托管测量管中心的最大流速，利用关系 曲线（图1－38）查取最大速度与平均速度的关系， 求出截面的平均速度，进而计算出流量。
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【说明】洗涤液（水）从喉管加入时，气液两相 间相对流速很大，液滴在高速气流下雾化，尘粒 被水湿润。尘粒与液滴或尘粒与尘粒之间发生激 烈碰撞和凝聚。在扩散管中，气流速度减小，压 力回升，以尘粒为凝结核的凝聚作用加快，凝聚 成粒径较大的尘粒，而易于被捕集。
文丘里除尘器
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4
d12
0.1252
4
管道的Re：
Re

d1 u1

0.125 880 1.1 0.67 103
1.81105

Re c
故假设正确，以上计算有效。苯在管路中的流量为：
qV＝48.96 m3/h

流体力学实验_第四章流速与流量测量 [兼容模式]

流体粘性的影响：需满足Re>200，在小雷诺数时， 毕托管的标定系数将随雷诺数的变化而变化
管柄堵塞的影响：毕托管管柄堵塞使流体过流面积 减小，流速增加，静压减小，总压不变。毕托管管柄 直径≤1/50管道直径且插入深度≤管道半径时可忽略
横向流速梯度的影响：毕托管头部与流体之间的相 互作用引起邻近流线的微小位移，使较高流速区的流 线移至总压孔处，总压增大。通过测压位置修正。
考虑温度效应，可采用
E 2 (Tw Te )( A BU n )
n
分段拟合多项式，即 E 2 ( Ai BiU CiU 2 DiU 3 ) 1 40
将热线风速仪的输出电压E和已知流动速度U直接联系在 一起，对每一个流速U，对应一个电压E值做出E-U曲线，也
就是校准曲线。
(1) 校准的原因
热线热膜探针的性能是随制造工艺、探针尺寸和金属丝、 膜的材料而异的，即使是相同的材料、制造工艺、尺寸， 其性能也不可能完全一样；
探针的性能和流体的温度、密度以及测量时的气压有关； 探针的性能也和实验室环境条件、污染情况有关； 探针使用后会发生老化； 探针的性能和流速范围有关； 探针在测量中是和仪器结合在一起使用的，真正的相应
对于给定的热线，e , R0 , A, B都为常数，因此 Iw, Rw,U 之间
存在确定的函数关系。
恒流静态方程
当工作电流 Iw＝常数时，Rw和U之间具有如下关系：
Rw

R0 ( A B Iw2e R0 ( A
U B
) U
)
恒流式热线风速仪
27
恒温静态方程
当工作电阻 Rw ＝常数时，Iw 和U之间具有如下关系：
Rw

流速和流量的测定

转子形状的选择着眼于促使边界层脱体,以便在较小Re时 即出现高度湍流,使CR为一常数。 当转子流量计的结构与被测流体均已定的条件下，转子流 量计的永久阻力损失不随流量而变，因而转子流量计常用 于流量范围较宽的场合。
优点：读取流量方便，测量精度高，能量损失很小，测量 范围宽，可用于腐蚀性流体的测量，流量计前后无须保留 稳定段。 缺点：流量计管壁大多为玻璃制品，不能经受高温和高压， 一般不能超过120℃和392~490kPa，在安装使用过程中也容 易破碎，且要求垂直安装。
qv1
qv2
转子流量计
P V f g( f ) Af
当用固定的转子流量计测量某流体的流量时，式中Vf 、 Af 、f 、均为定值，所以Δp亦为恒定，与流量大小无关 当转子稳定于某位置时，环隙面积为固定值，因此， 流体流经环隙的流量与压力差的关系可借流体通过孔板 流量计锐孔的情形进行描述，即
毕托管与点速度
2 R( ) g
umax

例1-19解题思路
u qm u Re max umax umax
2 gR

0
T0 P T P0
孔板流量计
利用孔板两侧压力差测定流体的流量
分析处理方法：
1.按=0处理 2.考虑≠0的情况 3.考虑取压方法的影响
2
d0
A0
A1
d 1 0.3 0.15 0.082m
A0

4
d0 0.785 0.0822 0.00528m 2
2
由式（1-71a）可求得最大流量的压差计读数Rmax为
Rmax q v max
2
2 2 C0 A0 2 g

空气流动的流体力学原理—压强、流速和流量的测定

动压有什么关系？——连续性方程。
管道风速和风量的测定
风速和风量测定一般用到以下仪器设备：
1.毕托管
2.U型压力计
3.橡胶管
4.卷尺或钢尺
5.胶带
6.记号笔
1.确定测定截面和测点；
2.在毕托管上标注测点位置；
3.准备U型压力计；
4.逐点测定动压；
5.记录数值与计算
1.确定测定截面和测点
管径/mm
130
130-200
200-450
450-650
环数
1
2
3
4
（1）用卷尺或钢尺测量管道直径；
1
0.707R
0.5R
0.409R
0.354R
（2）根据下表确定环数和测点。
2
0.707R
0.5R
0.409R
0.354R
2.在毕托管上标注测点
3
0.866R
0.707R
0.612R
4
0.866R
0.707R
H d 2 ~ H dn ) 2
n2
在测定动压时，有时会碰到某些测点的读数出现零值或负值的情况，
这是由于气流很不稳定而出现旋涡所产生的。在上式计算平均动压时，应
将负值当作零计算，测点数n仍包括该测点在内。
习题讲解：
7、计算1200m高空大气的空气重度（假设空气等温变化）
解释：
大气压力：海拔高度每升高1000 m，相对大气压力大约降低12%；
的性能曲线和风网的特性曲线画在同一个坐标图上，两条曲线的交点。
二、离心式通风机的工作点
✓
P H
R1
R
A1
A
PA (H )
A
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测速度的结构与测量原理 测速管又称皮托（Pitot） 管，如图所示，是由两根弯成直角的同心套管组成， 内管管口正对着管道中流体流动方向，外管的管口 是封闭的，在外管前端壁面四周开有若干测压小孔。 为了减小误差，测速管的前端经常做成半球形以减 少涡流。测速管的内管与外管分别与U形压差计相 连。
内管所测的是流体在 A处的局部动能和静压能 之和，称为总压能。 p A p 1 .2 u 测速管内管A处： 2 由于外管壁上的测压小孔与流体流动方向平行， 所以外管仅测得流体的静压能，即外管B处：
4.3节流式流量计

4.3.1测量原理与流量方程 节流式流量计是利用流体流经节流元件产生的压力差 来实现流量测量的。将节流件垂直安装在管道中，以 一定取压方式测取孔板前后两端的压差，并与压差计 相连，即构成节流式流量计。

节流过程分析：当流体流过管道 中的节流元件时，由于流通截面 的变化，节流件前后的静压力不 同，静压差与流体的流量有关， 这种现象称为节流现象。如图所 示，流束未受到节流件影响时， 流动方向与管道中心线平行。在 节流件前，流体向中心加速，至 截面2处流束收缩到最小，此处 流速方向又与管道中心线平行， 且流速最大，压力最低，然后流 束扩张，流速下降，静压升高， 直到截面3处流束又充满管道。 由于涡流区的存在，导致流体能 量损失，故在截面3处静压力p3 不等于原先的数值，而产生了压 力损失δ p
容积式计量表
椭圆齿轮 流量计
腰轮流量 计
活塞式 流量计
括板式流 量计

2.流速法 原理：速度型流量计以流体一元流动 的连续方程为理论依据，即当流通截面 确定时，流体的体积流量与截面上的平 均流速成正比。 形式：差压式、转子式、涡轮式、层 流式，电磁式、声波式 特点：使用性能好，精度高；可用于 高温、高压介质的测量，流动状态、Re 对测量的影响大。


1.容积法 原理：容积型流量计测量流量的基本依据是， 单位时间内被测流体充满(或排出)某一定容容 器的次数。即有 Q = n· V 式中， V为定容容器的容积 n为单位时间内被测流体充满(或排出)定 容容器的次数 。 形式：椭圆齿轮式、腰轮式、刮板式、活塞 式等 。 特点：流动状态对测量的影响小，精度高； 有一定的压力损失；不宜用于高温、高压、脏 污介质的测量。

流体性质和流体运动的复杂性 流体性质多样性 : 流体性质的多样性 表现在密度、粘度不同，单相流、多相 流之分，可压缩性的强弱，牛顿流体与 非牛顿体管路系统的多样性,管道形状， 壁面光滑程度。 流动状态的多样性: 流体流动状态的多 样性表现在层流与紊流， 明渠流与管流， 充满流与非充满流，旋转流与脉动流。
第四章流速及流量测量



本章主要内容： 4.1概述 4.2测速管 4.3节流式流量计 4.4转子流量计 4.5涡轮流量计 4.6电磁流量计 4.7靶式流量计 4.8超声波式流量计 4.9涡街流量计 4.10哥利奥里式流量计
本章重点： 1.节流式流量计的工作原 理、特点、流量方程的推 导、标准节流装置、参数 分析。 2.转子流量的工作原理及 特点、刻度换算。

pB


p

U 形压差计实际反映的是内管冲压能和外管静压 能之差，即 p p A p B p 1 .2 p 1 .2





(
u ) u 2 2
2p
则该处的局部速度为
u
.


由此可知，测速管实际测得的是流体在管截面某处的点速 度，因此利用测速管可以测得流体在管内的速度分布。若 要获得流量，可对速度分布曲线进行积分。也可以利用皮 托管测量管中心的最大流速，利用图所示的关系查取最大 速度与平均速度的关系，求出管道与 Re的关系、截面的平 均速度，进而计算出流量，此法较常用。



测速管的安装 1.必须保证测量点位于均匀流段，一般要求测 量点上、下游的直管长度最好大于50倍管内径， 至少也应大于8～12倍。 2.测速管管口截面必须垂直于流体流动方向， 任何偏离都将导致负偏差。 3. 测速管的外径 d0 不应超过管内径 d 的 1/50 ， 即d0<d/50。 测速管对流体的阻力较小，适用于测量大直径 管道中清洁气体的流速，若流体中含有固体杂 质时，易将测压孔堵塞，故不易采用。此外， 测速管的压差读数教小，常常需要放大或配微 压计。


3.质量法 这类流量计以测量与流体质量有关的物理效 应为基础，分为直接式、推导式和温度压力补 偿式三种。 直接式质量流量计利用与质量流量直接有关 的原理(如惯性系中的牛顿第二定律)进行测量。 推导式质量流量计是同时测取流体的密度和体 积流量，通过运算而推导出质量流量的。一般， 它由速度型流量计和密度计组合而成。。 温度压力补偿式质量流量计也可看成是一种 推导式质量流量计，只是它不配用密度计，而 是利用温度、压力与密度之间的关系，将温度、 压力的测量值转换为密度，再与体积流量进行 运算而得到质量流量。
应当指出，无论哪一种流量计，都有一 定的适用范围，对流利的特性以及管道 条件都有特定的要求。目前生产的容积 法和速度法流量计，都要求满足下列条 件： ① 流体必须充满管道内部，并连续流动； ②流体在物理上和热力学上是单相的， 流经测量元件时不发生相变； ③流体的速度一般在音速以下。

4.2测速管
3.其他流量计的基本原理 和特点。
本章难点：节流式流量计 的流量方程的推导。
4.1概述



4.1.1流体与流量 流体: 是指具有流动性能的物质，一般可以认为是气体 和液体的总称。 流量: 是指单位时间内通过某截面的流体数量，称瞬 时流量。它可用质量单位表示，也可用体积单位表示， 分别称为质量流量(kg/s)和体积流量（m3/s) 。 体积流量表达式为： 如果在截面上速度分布是均匀的，则： 质量流量表达式为： 测量某一段时间内流过的流体量，即瞬时流量对时间 的积分，称之流体总量。