[摘(zhāi)要]針對目前(qian)教材中節流(liu)式流量計 原(yuan)理存在的問(wèn)題,詳細分析(xi)了節流現象(xiang),推導了節流(liu)裝🏃‍♂️置🎯的流量(liang)測量原理,并(bing)比較了孔闆(pǎn)流量計、文丘(qiu)裏流量計和(hé)轉子流量🌈計(ji)對于流量測(cè)量的異同點(diǎn)，以期糾正錯(cuò)誤概念,引導(dao)學生正确理(lǐ)解節流原理(lǐ)來解決相關(guan)問題。
　　流量是(shi)化學工業生(shēng)産過程和科(ke)學實驗中的(de)重要參數,物(wù)🤩料😄流👉動介質(zhì)的流動、配比(bi)和輸送,都離(lí)不開✨流量的(de)測量和控制(zhi)。測量💁流量的(de)方法和儀表(biǎo)很多♉,按作用(yong)原理分有:節(jie)流🌈式流量計(ji)、容積式流量(liàng)計、質量式流(liú)量計等。其中(zhōng)，節流式流🐉量(liang)計是使🏒用曆(lì)史悠久的一(yī)種流量計,也(yě)是目前工業(ye)生産中應用(yong)最廣🐅的一種(zhong)流量測量儀(yi)表。
　　節流式流(liú)量計由節流(liú)裝置和壓差(cha)計所組成，是(shi)利用😍流體流(liu)經節流裝置(zhi)時産生的壓(ya)力差來實現(xian).流量測☁️量的(de)。通用❌的節流(liu)裝置有孔闆(pan)、噴嘴、文丘裏(lǐ)管和文丘🌈裏(li)噴嘴等。如圖(tu)1所示噴嘴,當(dāng)連續流動的(de)流體經過管(guan)道内的節⁉️流(liu)裝置時,流通(tong)面積突然縮(suo)小💰，流體的流(liu)速增大,擠過(guò)節流孔,形成(chéng)流束收縮。流(liu)體擠過節流(liu)孔後,流通面(miàn)積增大,流速(sù)降低。通常認(rèn)爲,在這一過(guò)程中，節流裝(zhuang)置前後的流(liú)體靜壓力産(chǎn)生☁️差㊙️異,形成(chéng)靜壓差,該💛靜(jìng)壓差是因流(liú)道💋縮小引起(qǐ)動☁️能增大造(zào)成的,此即爲(wèi)節流現💃象。
 
　　針(zhēn)對目前教材(cái)和文獻資料(liào)中對于節流(liú)流量計原理(li)存在⛷️的問題(tí),文章将詳細(xi)分析節流現(xian)象,并推導節(jiē)流裝置的流(liu)量測量原量(liang),以期糾正錯(cuo)誤概念，以正(zheng)确理解和運(yun)用節流🚩原理(li)分析和解決(jue)相
　　節流裝置(zhi)本質上是一(yi)種擾流元件(jian),其作用是通(tōng)過流道的變(biàn)化千擾流體(tǐ)流動,産生局(ju)部阻力，從而(er)消💯耗了流體(ti)的機🈲械能,表(biao)現爲節流裝(zhuang)置前後出現(xiàn)壓差。當流🐉體(tǐ)流速越大,則(ze)擾動作用越(yuè)強,局部阻力(li)損失引起的(de)機械能消🛀🏻耗(hào)越大,對👈于文(wén)丘裏流量計(ji)或孔闆流量(liang)計來說,其壓(ya)差計指示值(zhí)就越大。即:
 
　　可(kě)見,壓差的産(chan)生是由于局(ju)部阻力損失(shi)造成的,而不(bú)♻️是💛因流道變(bian)化由動能轉(zhuǎn)換而來的。那(nà)麽，壓差指示(shi)值指示♻️的是(shi)否是靜壓🚶‍♀️力(li)呢?我們先看(kan)一看U型壓差(cha)計的🐉測壓原(yuan)理。如圖2所示(shi)。U型壓差計測(ce)量均勻管内(nei)流體作🍓定态(tai)流動時1、2兩點(diǎn)的📧壓差。
 
ρi----U型壓(yā)差計中指示(shì)液的密度
R----U型(xing)壓差計的指(zhi)示值
(注:p和P意(yì)義不同,前者(zhe)表示靜壓強(qiang),後者表示虛(xū)拟壓強,以下(xià)同)
　　可見,U型壓(yā)差計指示值(zhi)R并不表示靜(jìng)壓差,而是A、B兩(liǎng)點的虛拟壓(yā)差△P,即總勢能(néng)差。隻有A.B兩點(diǎn)等高時,U型壓(ya)差🤞計指示值(zhí)R才是靜壓差(chà)。
　　由此,我們利(li)用上述結論(lùn),以孔闆流量(liang)計爲例來推(tui)導流量測量(liàng)🌈原理,如圖3所(suo)示。
 
其中:
ζ---局部(bù)阻力系數
Ci---以(yǐ)管道截面積(ji)計算流量的(de)流量系數
C0---ƒf(Rea,m)-以(yi)孔口截面積(ji)計算流量的(de)流量系數
 
　　在(zài)推導孔闆流(liu)量計測量原(yuan)理時，假定1.2截(jie)面機械能🈲守(shǒu)恒，即
這種假(jiǎ)設顯然是不(bú)合理的,因爲(wèi)機械能守恒(héng),隻有在靜止(zhi)流體或阻力(li)損失極小到(dào)可以忽略的(de)情況下才✉️成(cheng)立,而此時U型(xing)壓差計的指(zhǐ)示必爲零。節(jie)流裝置的測(ce)🏃‍♀️量原理🏃🏻‍♂️在于(yu):通過節流裝(zhuang)置幹擾流體(tǐ)流動,産生局(ju)部阻力,從而(ér)消耗了流🧑🏽‍🤝‍🧑🏻體(tǐ)的機械能,在(zai)等徑管中,表(biǎo)現爲總勢能(néng)的減🚩小,而U型(xing)管壓💜差計指(zhi)示的恰是總(zǒng)勢能差的變(biàn)化。當流體🎯流(liú)速越大,則擾(rao)動作用越強(qiang),局部阻力損(sǔn)失引起的機(ji)械能消耗越(yue)大,壓差計指(zhi)示值就越大(da)⭕,因此U型壓差(chà)指示💰值♍正比(bi)于流量大小(xiǎo)。
　　文丘裏流量(liàng)計的測量原(yuán)理與孔闆流(liu)量計相同,隻(zhī)是由☔于文丘(qiū)裏流量計的(de)節流結構采(cai)用了漸縮漸(jian)擴管,對流🤟體(ti)擾動較平緩(huǎn),避免了孔闆(pǎn)流量計因突(tu)然縮小和突(tū)然擴大造🍉成(chéng)嚴重的局部(bu)阻力損失，因(yīn)而能量消耗(hào)小。
　　對于轉子(zǐ)流量計,其流(liú)量測量方式(shi)雖與孔闆流(liu)量計和文丘(qiū)裏流量計略(luè)有差異,但本(běn)質上仍是采(cǎi)用節流裝置(zhi)一轉子進行(hang)擾流(如圖4所(suǒ)示)，産生局部(bù)阻☎️力,使機械(xiè)能損🐇失,表現(xian)爲截面1和2之(zhī)間☀️虛拟壓強(qiáng)差的減小,産(chǎn)生了對轉🐇子(zi)有向上推.動(dong)作用👄的升力(li),即曳力。該升(sheng)力🔞大小與轉(zhuǎn)子自身重量(liàng)相等時,轉子(zi)則保持平衡(héng),即:
轉子重力(lì)=轉子所受曳(yè)力
 
 
其中:
A2,A1---轉子(zǐ)上、下表面截(jié)面積
Aƒ---轉子投(tou)影截面積
Vƒ---轉(zhuǎn)子體積
ρƒ--轉子(zi)密度
CR一以轉(zhuan)子上表面處(chù)的管道截面(mian)積計算的流(liu)量系數
　　準确(que)地說,産生轉(zhuǎn)子上下端面(miàn)的曳力是虛(xu)拟壓差😍P1-P2,而🈲虛(xū)拟壓強差産(chǎn)生的原因主(zhǔ)要是由于節(jie)流元件對流(liu)體進行幹擾(rǎo)而造成的局(ju)部阻力損失(shī)引起的,與位(wei)差無關,而動(dong)能差與局部(bù)阻力損失相(xiang)比可以忽略(luè)。
　　關于轉子流(liu)量計的推導(dǎo)是從機械能(néng)守恒人手的(de)，即
 
　　這顯然不(bu)合理，節流元(yuan)件的作用就(jiu)是對流體.流(liú)動産生擾動(dòng)❤️,造成局部阻(zǔ)力損失,形成(chéng)轉子上下截(jie)面間的虛拟(ni)壓強❌差,由此(ci)産生向上升(sheng)力(曳力)。機械(xiè)能🙇🏻守恒隻有(you)在靜止流體(ti)中或阻力損(sǔn)失極小以至(zhì)可以忽略的(de)情況下才✊成(chéng)立。此時,轉子(zǐ)受到的向上(shàng)的升力(曳力(li))爲零,因而必(bi)然在重力作(zuò)用下下沉至(zhì)玻管底部。
　　轉(zhuǎn)子與其他節(jie)流裝置不同(tóng)的是,其位置(zhì)不固定,可以(yi)自由移動🔞。當(dāng)流速增大時(shí),轉子在原位(wei)置對流體🔞造(zao)成的局部阻(zǔ)力損失必然(rán)增大,引起1-2截(jie)面間的虛拟(nǐ)壓強差增大(da)。對轉子⛱️而言(yán),虛拟壓強差(cha)形成的向上(shang)曳力增大,大(dà)于轉子重力(lì),轉子原位置(zhì)🍓的力平衡被(bei)破壞,因而🔞在(zài)向上的曳力(li)作用下在漸(jian)擴的管道👅中(zhōng)向上運動,直(zhí)到在新位置(zhì)中因流道擴(kuo)大使流速降(jiang)低,對流體擾(rǎo)動造成的📐局(ju)部阻力引起(qi)的曳力降低(di)到與原平衡(heng)位置❗下相等(deng)時,轉子在新(xīn)位置下其👨‍❤️‍👨所(suǒ)受曳力Aƒ(P1-P2)與重(zhòng)力ρƒrgVƒ相等🥵,重新(xin)實現力平衡(héng)而保持穩定(ding)。
　　将文丘裏流(liú)量計、孔闆流(liú)量計和轉子(zǐ)流量計相比(bi)較,可以看出(chu)⛱️它們之間的(de)異同,相同點(dian)是:它們均是(shì)節流元件或(huo)稱擾流元件(jian),可以對流體(tǐ)流動産生幹(gàn)擾,造成流體(tǐ)局部阻力能(néng)量損失。流速(su)越大,則千擾(rǎo)作用越強,局(jú)部阻力損失(shi)引起的能量(liàng)消越大。不同(tóng)🔴點是:前者的(de)節流裝置是(shì)固定不動的(de)，節流元件前(qian)後因局部阻(zǔ)力損失引起(qi)的壓降(虛拟(ni)壓強差⭐)可以(yi)通過外置的(de)U型壓差計指(zhǐ)示出來。流速(sù)越大,阻力損(sun)🔞失🥰越大,則壓(ya)降越大,U型壓(yā)差計的指示(shì)值也越大，由(yóu)此指示流🈲體(ti)流量的大小(xiǎo)。後者的節流(liú)元件一轉子(zǐ)😍其位置是不(bu)固定的,可以(yǐ)在由下而上(shàng)漸🚶‍♀️擴的管道(dào)中自由運動(dong),局部阻力造(zào)成㊙️的壓差(虛(xū)拟壓強差)對(dui)轉子形成向(xiàng)上的曳力,當(dang)曳力與✉️轉子(zi)重力相等時(shí),轉子保持㊙️平(píng)衡。當流速增(zeng)大，則局部阻(zǔ)力損失形成(chéng)的壓差增大(da),轉子所受的(de)上升力增大(da),轉子向.上運(yun)🐇動,直至在新(xīn)位置上達到(dào)平衡🌈。流速越(yue)大,則轉子受(shòu)到的上升力(li)越大,其上升(sheng)的高度也越(yuè)大♻️,直至實現(xian)新平衡。由此(ci),轉子通過在(zai)💘漸擴
管中的(de)平衡位置指(zhǐ)示流量大小(xiǎo)。

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