孔板流量计结构测量原理问题分析
1、孔板流量计结构及测定原理:
1.1、结构:
在管道里插入 1 个与管轴垂直的金属板,金属板中心为 1 个圆孔,孔的中心位于管道的中心线上,孔板称为节流元件。在孔板进气侧距离孔板 1 个管道直径的位置,安装 1 个测压管; 在孔板出气侧距离孔板半个直径的位置,安装 1 个测压管。通过测压管测出管道内气体的 2 个压力,2 个压力之差代入公式就可以计算出流量 。如图 1。
孔板流量计结构
图1孔板流量计结构
1. 2 、流体在孔板前后的流程:
流体在孔板前后的流动过程,如图 2。流体在管道截面 I - I 以前,以一定的速度 流动,管内静压力为 p1 。由于节流元件的孔径小于管道内径,当流体流经节流元件时,流体截面突然收缩,流速加快,静压降低。当流体流过圆孔以后,由于惯性作用,流体截面继续收缩一定距离,到流体截
流体流经孔板时的压力和流速变化情况
图2流体流经孔板时的压力和流速变化情况
面最小处,流体截面最小处( 图2中Ⅱ - Ⅱ) 称为缩脉,流体在缩脉处的流速最高,动能最大,静压最低。流体流过缩脉后,流体截面开始逐渐扩大,到管道截面Ⅲ - Ⅲ处,流体截面恢复到整个管道截面。
1.3、孔板流量计测量原理:
根据伯努利原理: 流体在等高流动时,流速大,静压就小。数学表达式为: p +12ρv2+ gρZ = C。那么,流体从低速变为高速后,静压也会从高压 p高变为低压 p低,高压 p高与低压 p低之差p( p = p高-p低) 的大小与流量有关,流量越大,p 也越大。因此,我们可以通过测量p,推算出流量[6 - 7]。
2、孔板流量计公式来源:
根据单位质量能量守恒方程有:p1ρ1+12v21+ g Z1=p2ρ2+12v22+ g Z2( 1)流动连续性方程:v2S1ρ1= v2S2ρ2式中: p1、p2分别为截面Ⅰ - Ⅰ和截面Ⅱ - Ⅱ处的绝对压力,
Pa; v1、v2分别为截面Ⅰ - Ⅰ和截面Ⅱ- Ⅱ处的平均流速,
m / s; ρ1、ρ2分别为截面Ⅰ - Ⅰ和截面Ⅱ - Ⅱ处流体的密度,
kg /m3; S1为管道的截面积,
m2; S2为流体收缩到最小处的截面积,
m2; S0为孔板中心圆孔面积,
m2; g 为重力加速度,
m/s2。对于不可压缩流体,
ρ1= ρ2= C( 常数) 。对于可压缩流体,暂设 ρ 为常数,推导出流量方程后,再引入膨胀系数。因此,由式( 1) 可得: p1- p2+12( ρ1v21- ρ2v22) + g( ρ1Z1- ρ2Z2) = 0; ρ1v1S1= ρ2v2S2; ρ1= ρ2= ρ; μ =S2S0=d2D2; Z1- Z2= 0。所以: p1- p2=12( ρ2v22- ρ1v21) ; v1= v2μm12ρ( v22- v21) = p1- p2v22- v21=2( p1- p2)ρv2=11 - μ2槡m22( p1- p2)槡 ρ流体通过截面Ⅱ - Ⅱ的流量为:Q = v2S2= v2μS0Q =μS01 - μ2槡m22( p1- p2)槡 ρ式中: a 为孔板结构特性系数,
a =μ1 - μ2槡m2; μ为流速收缩系数,
μ =S2S0; m 为孔板中心圆孔面积与管道面积之比,
m =S0S1=d2D2; d 为孔板中心圆孔直径,
m; D 为管道直径,
m; Q 为流量,
m3/ s。则: Q = a S02( p1- p2)槡 ρ对于可压缩气体,因p2