1、LIUTI LIXUE BENG YU FENGJI高等职业技术教育建筑设备类类专业规划教材高等职业技术教育建筑设备类类专业规划教材第一部分 流体力学7 流体测量流 体 力 学 泵 与 风 机1 【 知识点 】 静压测量，流速测量，流量测量。 【 能力目标 】 掌握： 流体中的静压测量方法。流体中的静压用测压管测量时，注意探头与流线一致，最好用有两个或多个测孔的环状测压管。 熟练掌握： 皮托管、文丘里管、喷嘴流量计和孔板流量计的测量原理和方法。 理解： 测量速度和测量流量的其它方法和仪器。7 流体测量2 流体测量和实验研究是密切联系的。实验研究从古至今都是流体力学研究与发展的重要手段和方法之一
2、，由于实际流动非常复杂，实验研究和流体测量仍然是检验理论分析和数值计算结果最终的具有说服力的方法。如前面章节中介绍的管道内层流与紊流两种不同的流动状态、管道内紊流流动阻力系数及速度分布等等都是实验研究获得的成果。工程中流体测量通常是各种流体的物理特性，如密度、粘度和表面张力等的测量，以及各种流动参数，如压力、速度和流量等的测量。本章主要介绍流动参数测量的基本原理及方法。7 流体测量37.3 测量速度的其他方法37.1 静压测量17.2 毕托管测量流速27.4 流量测量47 流体测量7.5 测量流量的其他方法54 在第 2章对流动流体中的静压作了定义，流体中静压不会因测量仪器而变化，为了精确测量
3、流动流体中的静压，测量探头及测点必须与流线一致，保证探头不会产生对流动的扰动。在直管道内，静压一般用测压管和压力表或 U型管测压计测量。测压管在管道内的开口应该是垂直于管道轴线并保证表面光滑如 图 7.1中a管所示。任何象 图 7.1中 c管那样的突出都将产生测量误差。据测算，如果突出达到 2.5mm将会造成 16的局部流速水头的变化，此时，测得的压力低于未受扰动的液体压力。因为流线扰动将使速度增加，并根据伯努利方程可知压力降低。在测量管道内静压时，最好在测量断面上管道周围开两个或多个测孔以避免壁面不完善的影响，此时将使用一个环状测压管，如 图7.2所示。 7.1 静压测量5图 7.2 环状静
4、压测管图 7.1 测压管图 7.3 流场中静压测管7.1 静压测量6 用静压管测量流场静压，如 图 7.3所示，这种仪器通过在管道周围对称布置的静压管测孔将压力传输到压力计或测压表中。如果与流动完全一致则可以得到比较好的结果。事实上，通过测压管孔的平均速度比未受扰动流场的速度略高，因此，测孔处的压力一般比未受扰动的流体压力低一些。采用直径尽可能小的静压管可以使误差减小到最小。为了获得流体压力读数，可以将测压管与压力表或压力变送器相连，压力变送器可以将压力以数字形式显示在屏幕上。 7.1 静压测量7 毕托 (Henri Pitot)在 1733年首次用一根弯成直角的玻璃管测量了塞纳河的流速。弯成
5、直角的开口细管就是简单的毕托管，是利用驻点压力原理制成的一种常用的测速仪器。它具有可靠度高、成本低、耐用性好、使用简便等优点。 毕托管原理是应用伯努利方程，通过测量点压强的方法来间接地测出点速度的大小。最简单的毕托管就是一根弯成90的开口细管，如图 7.4所示。流动流体中，静止物体最前缘点速度为 0，称为驻点或前驻点，驻点处的动能全部转换为压力能，驻点处压强称为总压 P0，由伯努利能量方程可得： 式中 p、 u -物体前未受扰动的来流的静压和速度。 7.2 毕托管测量流速8 如果测得某点的总压 p0和静压 p，就可以得到该点的速度。在工程应用中，一般把毕托管的一端放到压力管内流体中，开口顶端对
6、准来流，在毕托管入口处形成一个驻点，静压管和毕托管组合成一体，静压管包围着毕托管，并在驻点之后适当距离的外管壁上沿圆周均匀地钻几个小的静压测孔，用 U型管测出内管总压和环形空间内静压或差值 h，计算得到测点处的流速。测点处流速为： 图 7.4 毕托管结构 7.2 毕托管测量流速9 实际上，由于流体具有粘性，能量转换时会有损失，还有毕托管放入流体后对流场的干扰等，所以上式中右端应乘以一修正系数 c，即： （式 7.2） 式中 c 修正系数，可由实验确定，一般在 1.0 1.04，标准毕托管通常为 1.0。 常用的毕托管是由一根测压管和一根测速管组成，它们被制成一端装有一半圆球探头的双层套管，在两管的另一末端连接上压差计，如图 7.5所示。 图7.5 常用毕托管的构造7.2 毕托管测量流速10
