[摘要]針(zhen)對目前教(jiao)材中(zhong)節流(liu)式(shi)流量計(ji) 原理存在(zai)的問(wen)題,詳(xiang)細分析了(le)節流(liu)現象(xiang),推導(dao)了節(jie)流(liu)裝置的(de)流量測量(liang)原理(li),并比(bi)較了(le)孔闆(pan)流量(liang)計(ji)、文(wen)丘裏流量(liang)計和轉子(zi)流量計對于流量測(ce)量(liang)的(de)異同(tong)點，以期(qi)糾正錯誤概(gai)念,引導學(xue)生正(zheng)确理(li)解節流原(yuan)理(li)來解決(jue)相關問(wen)題(ti)。
　　流量(liang)是化學工業生(sheng)産過程和科學(xue)實驗(yan)中的重要(yao)參數(shu),物料(liao)流動介質(zhi)的(de)流動、配(pei)比和輸送(song),都離(li)不開(kai)流量(liang)的測(ce)量和控(kong)制。測量(liang)流量的方法和(he)儀表很(hen)多(duo),按作用原(yuan)理分(fen)有:節(jie)流式(shi)流量計、容(rong)積式(shi)流量計、質(zhi)量式(shi)流量(liang)計等。其中，節流式流(liu)量計是使用曆史悠(you)久的(de)一種(zhong)流量計,也(ye)是目(mu)前工(gong)業生産中(zhong)應用(yong)最廣(guang)的一(yi)種流量測量儀(yi)表。
　　節流式(shi)流量(liang)計由節流裝置(zhi)和壓差計(ji)所組(zu)成，是利用(yong)流體(ti)流經節流(liu)裝置時産(chan)生的壓力(li)差來實現(xian).流量(liang)測量的。通用的(de)節流裝置(zhi)有孔闆、噴(pen)嘴、文丘裏(li)管和(he)文丘(qiu)裏噴(pen)嘴等。如圖1所示(shi)噴嘴,當(dang)連(lian)續流動的(de)流(liu)體經過(guo)管道(dao)内的節流(liu)裝置(zhi)時(shi),流(liu)通面(mian)積突然縮(suo)小，流(liu)體的流(liu)速(su)增大(da),擠過(guo)節流(liu)孔,形(xing)成流束收縮。流(liu)體擠過(guo)節(jie)流孔後,流通面(mian)積增(zeng)大,流速降(jiang)低。通(tong)常認爲,在(zai)這一(yi)過程中(zhong)，節(jie)流裝(zhuang)置前後的(de)流體(ti)靜壓(ya)力産生差異,形成靜(jing)壓差(cha),該靜(jing)壓差是因(yin)流道(dao)縮小(xiao)引起(qi)動能增(zeng)大(da)造成(cheng)的,此(ci)即爲節流(liu)現象(xiang)。
 
　　針(zhen)對目前(qian)教材(cai)和(he)文(wen)獻資(zi)料中對于(yu)節流(liu)流量計(ji)原理存(cun)在的問題(ti),文章将詳(xiang)細(xi)分析節(jie)流現象,并推導(dao)節流裝置(zhi)的流(liu)量測量原(yuan)量,以期糾(jiu)正錯誤概(gai)念，以(yi)正确(que)理解(jie)和運用節(jie)流原(yuan)理分析和(he)解決(jue)相
　　節(jie)流裝(zhuang)置本(ben)質上(shang)是一(yi)種擾(rao)流元(yuan)件,其作用(yong)是通(tong)過流道的變化(hua)千擾流體(ti)流動,産生(sheng)局部(bu)阻力(li)，從而(er)消耗(hao)了流體的機械(xie)能,表現爲節流(liu)裝置(zhi)前後(hou)出現(xian)壓差。當流(liu)體流(liu)速越大,則擾動(dong)作用越(yue)強(qiang),局部(bu)阻力損失(shi)引起的機(ji)械能(neng)消耗(hao)越大,對于(yu)文丘裏流(liu)量計或孔(kong)闆流(liu)量計(ji)來說(shuo),其壓(ya)差計指示(shi)值就越大。即:
 
　　可(ke)見,壓(ya)差的(de)産生(sheng)是由于局(ju)部阻(zu)力損失造(zao)成的(de),而不(bu)是因流道變化由動能轉(zhuan)換而來的(de)。那麽(me)，壓差(cha)指(zhi)示值指(zhi)示的是(shi)否(fou)是靜(jing)壓力(li)呢?我們先(xian)看一看U型(xing)壓差計的(de)測壓原理(li)。如圖2所示(shi)。U型壓(ya)差計(ji)測量均勻(yun)管内(nei)流(liu)體(ti)作定(ding)态流(liu)動(dong)時1、2兩點(dian)的壓差(cha)。
 
ρi----U型(xing)壓差(cha)計中指(zhi)示液的(de)密度
R----U型壓差計的指(zhi)示值
(注:p和(he)P意義不同(tong),前者(zhe)表示(shi)靜壓強,後(hou)者表示虛拟壓強,以(yi)下(xia)同(tong))
　　可見(jian),U型壓(ya)差(cha)計指示(shi)值R并(bing)不表示靜(jing)壓差(cha),而是A、B兩點的虛(xu)拟壓(ya)差△P,即(ji)總勢能(neng)差。隻有(you)A.B兩點(dian)等(deng)高(gao)時,U型(xing)壓差計(ji)指示值R才是靜(jing)壓(ya)差。
　　由(you)此,我們(men)利(li)用上(shang)述結論,以孔闆(pan)流量計爲(wei)例來(lai)推導(dao)流(liu)量測量(liang)原理,如圖3所示。
 
其中(zhong):
ζ---局(ju)部阻力(li)系數
Ci---以(yi)管道截(jie)面積(ji)計算流量(liang)的流量系(xi)數
C0---ƒf(Rea,m)-以(yi)孔口(kou)截(jie)面(mian)積計(ji)算流量的流量(liang)系數(shu)
 
　　在推導孔(kong)闆流量計(ji)測量原理(li)時，假(jia)定1.2截(jie)面機(ji)械(xie)能守恒，即
這(zhe)種(zhong)假設顯(xian)然是(shi)不(bu)合(he)理的(de),因爲(wei)機械能守(shou)恒,隻有在(zai)靜止流體(ti)或(huo)阻力損(sun)失極小到可以忽略(lue)的(de)情況下(xia)才成(cheng)立,而(er)此時U型壓(ya)差計的指(zhi)示必(bi)爲零(ling)。節流裝置(zhi)的測量原(yuan)理在于:通(tong)過節流裝置幹擾流(liu)體流(liu)動(dong),産(chan)生局(ju)部阻力,從(cong)而消(xiao)耗了流體(ti)的機(ji)械能(neng),在等(deng)徑管(guan)中,表現爲總勢(shi)能的(de)減(jian)小(xiao),而U型(xing)管壓差(cha)計指示的恰(qia)是總(zong)勢能(neng)差的(de)變化(hua)。當流(liu)體流速(su)越大,則(ze)擾動(dong)作(zuo)用(yong)越強(qiang),局部(bu)阻力損失(shi)引起的機械能(neng)消耗越大,壓差(cha)計指(zhi)示值(zhi)就越(yue)大,因此(ci)U型(xing)壓差(cha)指示值(zhi)正(zheng)比于流量大(da)小。
　　文丘(qiu)裏流量計的測(ce)量原(yuan)理(li)與孔闆(pan)流量計(ji)相(xiang)同,隻(zhi)是由(you)于(yu)文丘裏(li)流量計(ji)的節流(liu)結構采用了漸(jian)縮漸擴管(guan),對流(liu)體擾(rao)動(dong)較平緩(huan),避免(mian)了孔(kong)闆流(liu)量計(ji)因(yin)突(tu)然縮(suo)小和(he)突(tu)然擴大(da)造成(cheng)嚴(yan)重(zhong)的局(ju)部阻力(li)損失，因(yin)而能(neng)量(liang)消耗小(xiao)。
　　對于(yu)轉子(zi)流量(liang)計,其(qi)流量測量(liang)方式(shi)雖(sui)與(yu)孔闆(pan)流量(liang)計(ji)和(he)文丘(qiu)裏流量計略有差異(yi),但本質上(shang)仍是(shi)采用節流裝置(zhi)一轉子進(jin)行擾流(如圖4所(suo)示)，産(chan)生局(ju)部阻(zu)力,使機械(xie)能損(sun)失,表(biao)現爲截面(mian)1和2之間虛拟壓(ya)強差(cha)的(de)減(jian)小,産(chan)生了(le)對轉(zhuan)子有(you)向上(shang)推.動作用(yong)的升(sheng)力,即(ji)曳力(li)。該升力(li)大小與(yu)轉子自身重量相等(deng)時,轉(zhuan)子則(ze)保持(chi)平衡,即:
轉(zhuan)子重(zhong)力(li)=轉子所(suo)受曳(ye)力
 
 
其(qi)中:
A2,A1---轉子上(shang)、下(xia)表面截(jie)面積(ji)
Aƒ---轉子(zi)投影截面(mian)積
Vƒ---轉(zhuan)子體(ti)積
ρƒ--轉(zhuan)子密(mi)度
CR一以轉子(zi)上(shang)表面(mian)處的管道(dao)截面(mian)積計(ji)算(suan)的(de)流量(liang)系數
　　準确(que)地說,産生(sheng)轉(zhuan)子上下(xia)端面的曳(ye)力是(shi)虛拟(ni)壓差(cha)P1-P2,而虛(xu)拟壓強差産生(sheng)的原(yuan)因主要是(shi)由于節(jie)流元件對流體進行幹(gan)擾而造成(cheng)的局部阻(zu)力損(sun)失引(yin)起的(de),與位差無關,而動(dong)能差與(yu)局部(bu)阻力(li)損失(shi)相比(bi)可以(yi)忽略(lue)。
　　關于轉子流量(liang)計的(de)推導(dao)是從(cong)機械(xie)能守(shou)恒人(ren)手的(de)，即
 
　　這顯然(ran)不合理，節流元件的作用就是(shi)對流體.流動産(chan)生擾(rao)動,造成局(ju)部阻力(li)損失,形成轉(zhuan)子上下截(jie)面間的虛(xu)拟壓(ya)強差(cha),由此産生(sheng)向上升力(曳力(li))。機械能守恒隻(zhi)有在靜(jing)止(zhi)流體中或(huo)阻(zu)力損失(shi)極小以(yi)至可以忽略(lue)的情況下(xia)才成立。此(ci)時,轉子受到的向上(shang)的升(sheng)力(曳(ye)力)爲零,因(yin)而(er)必然在(zai)重力作(zuo)用(yong)下下沉至(zhi)玻管底部(bu)。
　　轉子與其(qi)他節流裝(zhuang)置(zhi)不同的(de)是,其位置不固定,可(ke)以自由移(yi)動。當流速(su)增大時,轉(zhuan)子在原位(wei)置對(dui)流體(ti)造成的局(ju)部阻力損(sun)失必然增(zeng)大,引(yin)起1-2截(jie)面(mian)間的虛(xu)拟壓(ya)強(qiang)差(cha)增大(da)。對轉子而(er)言,虛(xu)拟壓強差(cha)形成的向上曳力增(zeng)大,大于轉子重(zhong)力,轉(zhuan)子(zi)原位置(zhi)的力平衡(heng)被破(po)壞,因(yin)而在(zai)向上(shang)的曳(ye)力作(zuo)用下(xia)在漸(jian)擴(kuo)的管道(dao)中向上運(yun)動,直到在(zai)新位置中(zhong)因流道擴大使流速降低,對流(liu)體擾動造成的(de)局部(bu)阻(zu)力引起(qi)的曳(ye)力降(jiang)低到與原平(ping)衡位置(zhi)下相(xiang)等(deng)時,轉子(zi)在新位(wei)置下其(qi)所受曳(ye)力(li)Aƒ(P1-P2)與重(zhong)力ρƒrgVƒ相等,重新實(shi)現力平衡(heng)而保(bao)持穩(wen)定。
　　将文丘(qiu)裏流量(liang)計(ji)、孔闆(pan)流量(liang)計和(he)轉子(zi)流量計相(xiang)比較,可以(yi)看出(chu)它們(men)之間的異(yi)同,相(xiang)同點是:它們均(jun)是節(jie)流(liu)元(yuan)件或(huo)稱擾(rao)流元(yuan)件,可(ke)以對流體(ti)流動(dong)産生(sheng)幹擾(rao),造成(cheng)流體(ti)局部阻力(li)能量(liang)損(sun)失(shi)。流速(su)越大,則(ze)千擾作用越(yue)強,局部阻(zu)力損失引(yin)起的(de)能量消(xiao)越大。不(bu)同點是:前(qian)者的節流裝置是固(gu)定不動(dong)的(de)，節流元件(jian)前後因局(ju)部阻(zu)力(li)損(sun)失引(yin)起的(de)壓(ya)降(虛拟(ni)壓強差)可以通(tong)過外置的U型壓(ya)差計指(zhi)示出來(lai)。流速(su)越大,阻力(li)損失(shi)越大,則壓降越(yue)大,U型(xing)壓差(cha)計的(de)指示(shi)值也越大(da)，由此(ci)指示(shi)流體流量(liang)的大小。後(hou)者(zhe)的節流(liu)元件(jian)一(yi)轉(zhuan)子其(qi)位置是不固定(ding)的,可以(yi)在由下(xia)而上(shang)漸擴的管(guan)道中自(zi)由運動(dong),局部(bu)阻(zu)力造成(cheng)的壓差(虛(xu)拟壓(ya)強差(cha))對轉子形(xing)成向(xiang)上的曳力(li),當曳力(li)與(yu)轉子(zi)重力相等時,轉(zhuan)子保持平衡。當(dang)流速增(zeng)大，則局(ju)部阻(zu)力(li)損失形(xing)成的壓(ya)差(cha)增大(da),轉子(zi)所(suo)受的上(shang)升力增(zeng)大(da),轉子向.上(shang)運動,直至(zhi)在新(xin)位置(zhi)上達(da)到平(ping)衡(heng)。流(liu)速越(yue)大,則(ze)轉(zhuan)子受到(dao)的上升力越大(da),其上(shang)升(sheng)的高度(du)也越大,直(zhi)至實(shi)現新平(ping)衡(heng)。由此,轉子(zi)通(tong)過(guo)在漸(jian)擴
管(guan)中(zhong)的(de)平衡(heng)位置指示(shi)流量(liang)大小(xiao)。

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