[摘(zhāi)要]針(zhēn)對目前教(jiāo)材中(zhōng)節流式(shì)流量計(jì) 原理存在(zài)的問(wèn)題,詳細(xì)分析了(le)節流現象(xiàng),推導(dǎo)了節流裝置的流(liú)量測量(liàng)原理(lǐ),并比(bǐ)較(jiào)了孔(kǒng)闆(pǎn)流量計、文(wén)丘裏流量計和轉子(zǐ)流量計對于流量測量的異同(tóng)點，以期糾正錯(cuò)誤概(gài)念(niàn),引導學(xué)生正确理解節(jiē)流原(yuán)理來解決相關問(wèn)題。
　　流量(liàng)是化學工(gōng)業(yè)生(shēng)産過程(chéng)和科學(xué)實驗(yàn)中的重要參數,物(wù)料流動介質的流動、配(pèi)比和輸送(sòng),都(dōu)離不開(kāi)流(liú)量(liàng)的測(cè)量和控制(zhì)。測量(liàng)流量(liàng)的方法和儀(yí)表很多,按作(zuò)用原(yuán)理分有:節流式流(liú)量(liàng)計、容(róng)積式(shì)流量計、質(zhì)量式流量計等(děng)。其中，節流式流(liú)量計是使用曆史悠久(jiǔ)的一種流量計(jì),也是目(mù)前工(gōng)業生産中(zhōng)應(yīng)用最廣的一(yī)種流量測量儀(yí)表。
　　節流式(shì)流量(liàng)計由(yóu)節流(liú)裝置(zhì)和壓差計(jì)所組(zǔ)成，是利用流體(tǐ)流經節(jiē)流(liú)裝置時産生(shēng)的壓力(lì)差來實現.流量(liàng)測量(liàng)的。通用的(de)節流裝置有孔(kǒng)闆、噴嘴、文丘裏(lǐ)管和文丘裏噴(pēn)嘴等。如圖1所示(shì)噴嘴(zuǐ),當連續流動的(de)流體經過(guò)管道内(nèi)的(de)節流(liú)裝置(zhì)時,流(liú)通面(miàn)積突然縮(suō)小，流(liú)體的流速增大(dà),擠過節流孔,形(xíng)成流束收縮。流(liú)體擠(jǐ)過節(jiē)流孔後,流通面積增(zēng)大,流速降低。通(tōng)常認(rèn)爲,在這一(yī)過程中，節(jiē)流裝(zhuāng)置前後的(de)流體靜壓力産生差異,形成靜壓差(chà),該靜(jìng)壓差(chà)是因(yīn)流道(dào)縮(suō)小引起(qǐ)動能增大(dà)造成的,此即爲(wèi)節流(liú)現象。
 
　　針對目前教材(cái)和文獻資(zī)料中對于節流(liú)流量(liàng)計原理存(cún)在的問(wèn)題,文章(zhāng)将詳細分析節(jiē)流現象(xiàng),并推導(dǎo)節流(liú)裝置的流(liú)量測量(liàng)原(yuán)量,以(yǐ)期糾正(zhèng)錯誤概(gài)念，以正确(què)理解和運(yùn)用節流原(yuán)理分析和(hé)解決相
　　節流(liú)裝置本(běn)質上是(shì)一種擾(rǎo)流元(yuán)件,其(qí)作用是(shì)通過流(liú)道的(de)變化(huà)千擾流體(tǐ)流動(dòng),産生(shēng)局部(bù)阻力，從(cóng)而消耗了流體(tǐ)的機械(xiè)能,表現爲(wèi)節流(liú)裝置前(qián)後出現壓差。當流體流(liú)速越大,則(zé)擾動(dòng)作用越強,局部(bù)阻力損(sǔn)失引起(qǐ)的機(jī)械能消耗(hào)越大,對(duì)于(yú)文丘裏流(liú)量計或孔(kǒng)闆流量(liàng)計(jì)來說,其壓(yā)差計指示(shì)值就越大。即:
 
　　可(kě)見,壓差的(de)産生(shēng)是由于局部阻(zǔ)力損失(shī)造成的(de),而不是因(yīn)流道(dào)變化(huà)由動能轉(zhuǎn)換而來的(de)。那麽(me)，壓差(chà)指(zhǐ)示值指(zhǐ)示的(de)是否是靜壓力呢?我們先(xiān)看一看(kàn)u型壓差(chà)計的(de)測壓原理(lǐ)。如圖2所示(shì)。u型壓(yā)差計(jì)測量均勻管内流體作定态流動時1、2兩點(diǎn)的壓差(chà)。
 
ρi----u型壓差計中(zhōng)指示液的(de)密度(dù)
r----u型壓(yā)差計(jì)的指示(shì)值
(注:p和(hé)p意義不同,前者表示靜壓強,後(hòu)者表示(shì)虛(xū)拟壓(yā)強,以下(xià)同)
　　可見(jiàn),u型壓差計(jì)指示(shì)值r并不(bú)表(biǎo)示靜(jìng)壓差,而(ér)是(shì)a、b兩點的虛(xū)拟(nǐ)壓差△p,即(jí)總勢能差(chà)。隻有(yǒu)a.b兩點(diǎn)等高時,u型(xíng)壓差計指(zhǐ)示(shì)值r才是(shì)靜壓(yā)差。
　　由(yóu)此,我們利用上(shàng)述結(jié)論,以孔闆(pǎn)流量(liàng)計(jì)爲例來推導流量測量原理,如(rú)圖(tú)3所示(shì)。
 
其中(zhōng):
ζ---局部阻力(lì)系數
ci---以管道截(jié)面積(jī)計算流量(liàng)的流量系(xì)數
c0---ƒf(rea,m)-以(yǐ)孔口截面積計算流量(liàng)的(de)流量(liàng)系數(shù)
 
　　在推(tuī)導孔闆流(liú)量計測量(liàng)原理(lǐ)時，假定(dìng)1.2截(jié)面機械能守恒，即
這種假設顯(xiǎn)然是不合理的,因爲(wèi)機械能守(shǒu)恒,隻(zhī)有在靜止流體或阻(zǔ)力損(sǔn)失極小到(dào)可以(yǐ)忽略的情況下才成立,而(ér)此時u型壓差計的指(zhǐ)示必爲零(líng)。節流(liú)裝置的測量原(yuán)理在(zài)于(yú):通(tōng)過節流裝(zhuāng)置幹擾流(liú)體流動,産(chǎn)生局部阻力,從(cóng)而消(xiāo)耗了流體的機械能,在等徑管中,表現爲總勢能的減小,而u型管壓差(chà)計指示(shì)的恰是總勢能(néng)差的變(biàn)化。當流(liú)體流速(sù)越大,則(zé)擾動作(zuò)用(yòng)越強,局部(bù)阻(zǔ)力損失(shī)引起(qǐ)的機械能消耗(hào)越大,壓差計(jì)指示值就越(yuè)大,因(yīn)此u型壓差(chà)指示值正比于(yú)流量(liàng)大小(xiǎo)。
　　文丘裏流(liú)量計(jì)的測(cè)量(liàng)原(yuán)理(lǐ)與孔闆(pǎn)流量(liàng)計相同,隻是由(yóu)于文丘裏流量(liàng)計的節流結構采用(yòng)了漸(jiàn)縮漸擴管,對流體擾動較(jiào)平(píng)緩(huǎn),避免了孔闆流量計(jì)因突然縮(suō)小和突然擴大(dà)造成(chéng)嚴重的局(jú)部阻力損(sǔn)失，因而能量消(xiāo)耗小。
　　對于轉(zhuǎn)子流量(liàng)計,其(qí)流量測量(liàng)方(fāng)式雖與孔闆(pǎn)流量計和文(wén)丘(qiū)裏流(liú)量計略有(yǒu)差異(yì),但本質上(shàng)仍是(shì)采用節流裝置一轉(zhuǎn)子進(jìn)行擾流(如(rú)圖4所示)，産生局部阻力,使機械(xiè)能損失,表(biǎo)現爲截面(miàn)1和2之間虛拟壓(yā)強差的減小,産(chǎn)生了對(duì)轉(zhuǎn)子有向上推.動作用(yòng)的升(shēng)力,即曳力(lì)。該升力大小與(yǔ)轉子自身(shēn)重量相等(děng)時,轉(zhuǎn)子則(zé)保持(chí)平衡,即:
轉子重(zhòng)力=轉子所(suǒ)受曳力
 
 
其中:
a2,a1---轉(zhuǎn)子上(shàng)、下表面截(jié)面積
aƒ---轉(zhuǎn)子(zǐ)投影(yǐng)截面積
vƒ---轉(zhuǎn)子體積
ρƒ--轉(zhuǎn)子(zǐ)密度
cr一以轉子上表面(miàn)處的管道截(jié)面積計算的(de)流量(liàng)系數
　　準(zhǔn)确地說,産生轉子上下(xià)端面的曳力是(shì)虛拟壓差p1-p2,而虛(xū)拟壓(yā)強差(chà)産生(shēng)的原因(yīn)主要是(shì)由于(yú)節流(liú)元件(jiàn)對流(liú)體進行幹(gàn)擾而造成(chéng)的局(jú)部阻(zǔ)力損失引(yǐn)起的,與(yǔ)位(wèi)差無(wú)關,而(ér)動能差與局部阻力損失(shī)相比可以(yǐ)忽略(luè)。
　　關于(yú)轉子流量(liàng)計的推(tuī)導是從(cóng)機械能(néng)守恒人(rén)手的(de)，即(jí)
 
　　這(zhè)顯然(rán)不合理(lǐ)，節(jiē)流(liú)元件的作用(yòng)就是對流體.流動産(chǎn)生擾動,造成局部阻力損失,形(xíng)成轉子(zǐ)上下截(jié)面間的虛(xū)拟壓(yā)強差,由(yóu)此産生(shēng)向上升力(lì)(曳力)。機械能守恒隻(zhī)有在靜止(zhǐ)流(liú)體中或阻力損失(shī)極小以(yǐ)至可以忽略(luè)的情(qíng)況下才成(chéng)立。此(cǐ)時,轉(zhuǎn)子受到的向上(shàng)的升(shēng)力(曳(yè)力)爲(wèi)零,因而必然在重力作(zuò)用(yòng)下下(xià)沉至玻管底部(bù)。
　　轉子(zǐ)與(yǔ)其他節(jiē)流裝置不(bú)同的(de)是,其位(wèi)置不固(gù)定,可(kě)以(yǐ)自由移(yí)動(dòng)。當流(liú)速(sù)增大(dà)時,轉子(zǐ)在原(yuán)位置對流體(tǐ)造成(chéng)的局(jú)部阻力損(sǔn)失必然增大,引起1-2截面間的虛(xū)拟壓強(qiáng)差增大(dà)。對轉子而言,虛(xū)拟壓強差(chà)形成(chéng)的向(xiàng)上曳(yè)力增(zēng)大,大于轉(zhuǎn)子重(zhòng)力,轉(zhuǎn)子原位置(zhì)的力平衡(héng)被破壞,因而在向上的曳力作(zuò)用下(xià)在漸(jiàn)擴的管道(dào)中向上運(yùn)動,直(zhí)到在(zài)新位置中(zhōng)因流道(dào)擴大使流速(sù)降低,對流(liú)體擾動造成的(de)局部阻力引起(qǐ)的曳(yè)力降(jiàng)低到與原(yuán)平(píng)衡(héng)位置(zhì)下相(xiàng)等時,轉子(zǐ)在新(xīn)位置下其(qí)所受曳(yè)力(lì)aƒ(p1-p2)與重力ρƒrgvƒ相等,重(zhòng)新實(shí)現力平衡(héng)而保(bǎo)持穩(wěn)定。
　　将文丘(qiū)裏流量計、孔闆(pǎn)流量(liàng)計和轉子(zǐ)流量計相(xiàng)比較(jiào),可以看(kàn)出它們(men)之間的(de)異(yì)同,相同點是:它們均(jun1)是節流元件(jiàn)或(huò)稱擾(rǎo)流元(yuán)件,可(kě)以對流(liú)體流動(dòng)産生(shēng)幹(gàn)擾(rǎo),造成(chéng)流體局部(bù)阻力(lì)能量(liàng)損失(shī)。流速越大,則千擾作(zuò)用越(yuè)強,局部阻(zǔ)力損失引起的(de)能量消(xiāo)越大。不(bú)同點是:前者的(de)節流裝置是固(gù)定不動的，節流(liú)元件前後因局部阻力(lì)損失引(yǐn)起的(de)壓降(虛拟(nǐ)壓強差(chà))可以通(tōng)過外(wài)置的u型壓差計指示出來(lái)。流速越(yuè)大,阻力(lì)損失(shī)越(yuè)大(dà),則壓(yā)降越大,u型(xíng)壓差計的(de)指(zhǐ)示值也(yě)越大(dà)，由此(cǐ)指示流體流量的大(dà)小。後者(zhě)的節流(liú)元件一轉子其位置是(shì)不固定的,可以在由下(xià)而上漸擴的管(guǎn)道中自由(yóu)運動,局部(bù)阻(zǔ)力造成(chéng)的壓差(虛拟壓(yā)強差(chà))對(duì)轉子形(xíng)成向上的曳力(lì),當曳力與轉子重力相等(děng)時,轉子保持平衡。當(dāng)流速增大(dà)，則局部阻(zǔ)力損(sǔn)失形(xíng)成的壓差(chà)增大(dà),轉子所受(shòu)的上(shàng)升力增大(dà),轉子(zǐ)向.上(shàng)運動,直至在新位置上達(dá)到平衡。流(liú)速越(yuè)大,則轉(zhuǎn)子受到的上升力越大,其上(shàng)升(shēng)的高度(dù)也越大,直至實(shí)現新平衡(héng)。由此(cǐ),轉子通(tōng)過在漸擴
管(guǎn)中(zhōng)的平衡(héng)位置(zhì)指示流量(liàng)大小。

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