[摘(zhai)要]針對(duì)目前教(jiao)材中節(jie)流式流(liu)量計 原(yuán)理存在(zài)的問題(tí),詳細分(fen)析了節(jiē)流現象(xiang),推導了(le)節流裝(zhuang)置的流(liu)量測量(liang)原理,并(bing)比較了(le)孔闆流(liú)量計、文(wén)丘裏流(liú)量計和(he)轉子流(liú)量㊙️計對(duì)于流量(liang)測量的(de)異同點(diǎn)，以期糾(jiū)正錯誤(wu)概念,引(yǐn)導學生(sheng)正确理(li)解節流(liu)原㊙️理來(lái)解決相(xiang)關問題(ti)。
　　流量是(shi)化學工(gōng)業生産(chǎn)過程和(he)科學實(shi)驗中的(de)重要參(cān)數,物🥰料(liào)流動介(jie)質的流(liú)動、配比(bi)和輸送(sòng),都離不(bú)開流量(liàng)的測量(liàng)和控制(zhi)。測量流(liú)量的方(fang)法和儀(yi)表很多(duo),按作用(yòng)原理分(fèn)有:節流(liú)🌍式流量(liàng)✌️計、容積(jī)✨式流量(liàng)計、質量(liang)式流量(liàng)計等。其(qi)中👨‍❤️‍👨，節流(liu)式流👌量(liang)計是使(shǐ)☀️用曆史(shǐ)悠✌️久的(de)一種流(liú)量計,也(yě)是目前(qian)工業生(sheng)産中應(ying)用最廣(guǎng)的一種(zhǒng)流量測(ce)量儀表(biao)。
　　節流式(shì)流量計(jì)由節流(liu)裝置和(hé)壓差計(ji)所組成(chéng)，是利用(yòng)流🎯體流(liú)💞經節流(liu)裝置時(shi)産生的(de)壓力差(cha)來實現(xiàn).流💃🏻量測(cè)量的。通(tong)用的節(jiē)㊙️流裝置(zhì)有孔闆(pan)、噴嘴、文(wén)丘裏管(guǎn)和文丘(qiū)裏噴嘴(zuǐ)等。如圖(tú)1所示噴(pēn)嘴,當連(lian)續流動(dòng)的流體(tǐ)經過管(guan)💚道内的(de)節流裝(zhuang)置時,流(liú)通面積(jī)突然縮(suo)小，流體(tǐ)的流速(sù)🌈增大,擠(jǐ)過節流(liu)孔,形成(chéng)流♉束收(shōu)縮。流體(ti)‼️擠過節(jie)流孔後(hòu),流通面(mian)積增大(dà),流速降(jiang)低。通常(chang)❤️認爲,在(zài)這一過(guò)程中，節(jie)🌈流裝置(zhì)前後的(de)流體靜(jìng)壓力産(chan)生差💜異(yì),形成靜(jìng)壓差,該(gāi)靜壓差(chà)是因流(liu)道縮小(xiǎo)引起動(dong)能增大(dà)造成的(de),此即爲(wei)節流現(xian)✨象。
 
　　針對(dui)目前教(jiāo)材和文(wén)獻資料(liao)中對于(yu)節流流(liú)量計原(yuán)💜理存在(zài)的問題(tí),文章将(jiang)詳細分(fèn)析節流(liú)現象,并(bing)推導節(jie)流裝置(zhi)的流量(liang)測量原(yuan)量,以期(qī)糾正錯(cuo)誤概念(nian)，以正确(què)理解和(hé)運用節(jiē)流原理(lǐ)分析和(he)解決相(xiàng)
　　節流裝(zhuang)置本質(zhi)上是一(yi)種擾流(liú)元件,其(qí)作用是(shì)通過流(liú)道的變(biàn)化千擾(rǎo)流體流(liú)動,産生(shēng)局部阻(zǔ)力，從而(er)消耗了(le)流體⁉️的(de)機械能(neng),表現爲(wei)節流裝(zhuang)置前後(hòu)出現壓(yā)🌍差。當流(liú)體流速(sù)越大,則(ze)擾動作(zuo)用越強(qiáng),局部阻(zǔ)力損失(shi)引起的(de)機械能(néng)消耗越(yue)大,對于(yu)文丘裏(lǐ)流量計(ji)或孔闆(pan)流量計(ji)來說,其(qi)壓差計(jì)指示值(zhí)就越大(da)。即:
 
　　可見(jian),壓差的(de)産生是(shi)由于局(jú)部阻力(li)損失造(zào)成的,而(er)不是🔞因(yin)流道變(bian)化由動(dong)能轉換(huan)而來的(de)。那麽，壓(ya)差指示(shi)值指示(shi)的是否(fou)是靜壓(yā)力呢?我(wo)們先看(kan)一看U型(xíng)壓差計(jì)的測壓(yā)原理。如(ru)圖2所示(shi)。U型壓差(cha)計測量(liang)均勻管(guan)内流體(tǐ)作定态(tài)流動時(shi)1、2兩點的(de)壓差。
 
ρi----U型(xing)壓差計(jì)中指示(shi)液的密(mì)度
R----U型壓(yā)差計的(de)指示值(zhí)
(注:p和P意(yi)義不同(tong),前者表(biǎo)示靜壓(yā)強,後者(zhe)表示虛(xu)拟壓強(qiang)♻️,以下同(tóng))
　　可見,U型(xíng)壓差計(ji)指示值(zhi)R并不表(biǎo)示靜壓(yā)差,而是(shi)A、B兩點的(de)虛拟壓(ya)差△P,即總(zǒng)勢能差(cha)。隻有A.B兩(liǎng)點等高(gāo)時,U型壓(yā)差⭐計指(zhǐ)示值R才(cai)是靜壓(ya)差。
　　由此(ci),我們利(lì)用上述(shù)結論,以(yi)孔闆流(liú)量計爲(wei)例來推(tui)導流量(liàng)測🏃🏻‍♂️量原(yuan)理,如圖(tu)3所示。
 
其(qi)中:
ζ---局部(bu)阻力系(xì)數
Ci---以管(guǎn)道截面(mian)積計算(suan)流量的(de)流量系(xì)數
C0---ƒf(Rea,m)-以孔(kǒng)口截面(mian)積計算(suàn)流量的(de)流量系(xì)數
 
　　在推(tuī)導孔闆(pan)流量計(ji)測量原(yuan)理時，假(jiǎ)定1.2截面(mian)機械能(néng)守㊙️恒，即(ji)
這種假(jiǎ)設顯然(rán)是不合(hé)理的,因(yin)爲機械(xie)能守恒(heng),隻有在(zai)🔴靜止流(liu)體或阻(zǔ)力損失(shī)極小到(dao)可以忽(hu)略的情(qing)況下才(cai)成立,而(ér)此時U型(xing)🈲壓差計(ji)的指示(shi)必爲零(ling)。節流裝(zhuang)置的測(cè)🔴量原理(li)在于:通(tōng)過節流(liú)裝置幹(gàn)擾流體(ti)流動,産(chǎn)生局部(bu)阻力,從(cóng)而消耗(hào)了流⚽體(ti)的機械(xiè)能,在等(děng)徑管中(zhōng),表現爲(wei)總勢能(neng)的減小(xiao),而U型管(guǎn)壓差計(ji)指示的(de)💃🏻恰是總(zong)勢能差(chà)的變化(hua)。當流體(ti)👨‍❤️‍👨流速越(yue)大,則擾(rǎo)動作㊙️用(yòng)越強,局(jú)部阻力(li)損失引(yin)起的機(ji)械能消(xiao)耗越大(dà),壓差計(jì)指示值(zhi)就越大(dà),因此U型(xíng)壓差指(zhi)示值正(zhèng)比于流(liú)量大小(xiǎo)。
　　文丘裏(lǐ)流量計(ji)的測量(liang)原理與(yǔ)孔闆流(liu)量計相(xiàng)同,隻是(shi)由于文(wén)丘裏流(liú)量計的(de)節流結(jie)構采用(yong)了漸縮(suō)漸擴管(guǎn)⭐,對流體(tǐ)擾動較(jiao)平緩,避(bì)免了孔(kǒng)闆流量(liang)計因突(tu)然縮小(xiǎo)和突然(rán)❗擴大造(zao)成嚴重(zhòng)的局部(bu)阻力損(sun)失，因而(er)能量消(xiāo)耗小。
　　對(duì)于轉子(zi)流量計(jì),其流量(liang)測量方(fang)式雖與(yu)孔闆流(liú)量計和(hé)🌐文丘裏(li)流量計(ji)略有差(cha)異,但本(ben)質上仍(reng)是采用(yòng)節流裝(zhuāng)置一轉(zhuǎn)子進行(hang)擾流(如(rú)圖4所示(shi))，産生局(ju)部阻💃力(lì),使機械(xie)能損失(shi),表現爲(wèi)截面1和(hé)2之間虛(xū)拟壓強(qiang)差的減(jian)小,産生(sheng)了對轉(zhuǎn)子有向(xiàng)上推.動(dòng)作用的(de)升力,即(ji)曳力。該(gāi)升力🍉大(da)小與轉(zhuan)子自身(shēn)重量相(xiang)等時,轉(zhuǎn)子則保(bǎo)持平衡(heng),即:
轉子(zi)重力=轉(zhuǎn)子所受(shou)曳力
 
 
其(qí)中:
A2,A1---轉子(zǐ)上、下表(biao)面截面(mian)積
Aƒ---轉子(zǐ)投影截(jié)面積
Vƒ---轉(zhuan)子體積(ji)
ρƒ--轉子密(mì)度
CR一以(yǐ)轉子上(shàng)表面處(chu)的管道(dao)截面積(ji)計算的(de)流量系(xi)數♌
　　準确(què)地說,産(chǎn)生轉子(zǐ)上下端(duan)面的曳(ye)力是虛(xu)拟壓差(cha)P1-P2,而虛拟(ni)壓強差(chà)産生的(de)原因主(zhu)要是由(you)于節流(liú)元件對(dui)流體進(jin)行幹擾(rao)而造成(chéng)的局部(bù)阻力損(sun)失引起(qi)的,與位(wei)差❗無關(guan),而👅動能(néng)差與局(jú)部阻力(lì)損失相(xiang)比可以(yi)忽略。
　　關(guan)于轉子(zi)流量計(jì)的推導(dǎo)是從機(ji)械能守(shou)恒人手(shǒu)的，即
 
　　這(zhè)顯然不(bú)合理，節(jie)流元件(jiàn)的作用(yòng)就是對(duì)流體.流(liu)動産生(shēng)🈚擾動,造(zào)成局部(bu)阻力損(sǔn)失,形成(chéng)轉子上(shang)下截面(mian)間的虛(xū)拟壓強(qiáng)差,由♻️此(ci)産生向(xiàng)上升力(lì)(曳力)。機(jī)械能守(shou)恒隻有(yǒu)在靜止(zhi)流體中(zhong)或阻力(lì)損失極(jí)小以至(zhi)可⛹🏻‍♀️以忽(hu)略的情(qing)況下才(cái)成立。此(ci)時,轉子(zi)受到的(de)向上的(de)🔞升力(曳(ye)力)爲零(ling),因而必(bi)然在重(zhong)力作用(yòng)下下沉(chén)至玻管(guan)底部。
　　轉(zhuan)子與其(qi)他節流(liú)裝置不(bú)同的是(shi),其位置(zhi)不固定(ding),可以自(zì)由移動(dòng)。當流速(su)增大時(shí),轉子在(zai)原位置(zhi)對流體(tǐ)造成🤟的(de)局部阻(zu)力損🏃失(shi)必然增(zēng)大,引起(qi)1-2截面間(jiān)的虛拟(ni)壓強差(chà)增大。對(dui)轉子而(er)言,虛🌈拟(ni)壓強♌差(chà)形成的(de)向上曳(ye)力增大(da),大于轉(zhuan)子重力(lì),轉子原(yuan)位置的(de)力平衡(heng)🐇被破壞(huài),因而在(zai)向上的(de)曳力作(zuò)用下在(zai)漸擴的(de)管道中(zhōng)向上運(yun)動,直到(dao)在新位(wei)置中因(yin)流道擴(kuo)大使流(liú)速降低(di),對流體(ti)擾動造(zao)成的⛹🏻‍♀️局(ju)部阻力(li)引起的(de)曳力降(jiàng)低👅到與(yǔ)原平衡(heng)位置下(xià)相等時(shi),轉子在(zai)💃🏻新位置(zhì)下其所(suo)受曳力(lì)Aƒ(P1-P2)與重力(lì)ρƒrgVƒ相等🔴,重(zhong)新實現(xiàn)力平衡(heng)而保持(chi)穩定。
　　将(jiang)文丘裏(li)流量計(jì)、孔闆流(liu)量計和(he)轉子流(liú)量計相(xiang)比較,可(ke)以✔️看🏃🏻出(chū)它們之(zhī)間的異(yì)同,相同(tong)點是:它(tā)們均是(shi)節流元(yuan)件或稱(cheng)擾流元(yuán)件,可以(yǐ)對流體(tǐ)流動産(chan)生幹擾(rǎo),造成流(liu)體局部(bu)阻力能(neng)量損失(shi)。流速越(yue)大,則千(qiān)擾作用(yong)越強,局(jú)部阻力(li)損失引(yǐn)起的能(neng)量消越(yue)大。不同(tóng)點是:前(qian)者的❓節(jiē)流裝置(zhi)是固定(dìng)不動的(de)，節流元(yuan)件前後(hou)因局部(bu)阻力損(sǔn)失引起(qi)的壓✊降(jiàng)(虛拟壓(ya)強差)可(kě)以通過(guo)外置的(de)U型壓差(chà)計指示(shì)出來。流(liu)速越大(dà),阻力損(sun)失越大(da),則壓降(jiàng)越大,U型(xíng)壓差計(jì)的指示(shì)值🐆也越(yuè)大，由此(ci)指示流(liu)體流量(liàng)的大小(xiǎo)。後者的(de)節流元(yuan)件一轉(zhuan)子其位(wei)置是不(bu)固定的(de),可以在(zai)由下而(er)上漸擴(kuo)的管道(dào)⭐中自由(you)運動,局(ju)部阻力(li)造成的(de)壓差(虛(xū)拟壓強(qiáng)差)對轉(zhuǎn)子形成(chéng)向上的(de)曳力,當(dāng)曳力與(yu)轉子重(zhòng)力相等(deng)時✂️,轉子(zǐ)保持平(píng)衡。當流(liú)速增大(da)，則局部(bu)阻力損(sǔn)失形成(cheng)的壓差(cha)增大,轉(zhuǎn)子所受(shou)的上升(sheng)力增大(dà),轉子向(xiang).上運動(dòng),直至在(zài)新位置(zhi)上達到(dao)平衡。流(liú)速越大(da),則轉子(zi)受到的(de)🌈上升力(li)😍越大,其(qí)上升🔆的(de)高度也(yě)越大,直(zhí)至實現(xian)新平衡(heng)。由此,轉(zhuǎn)子通過(guo)在♻️漸擴(kuo)
管中的(de)平衡位(wei)置指示(shì)流量大(dà)小。

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