[摘(zhai)要]針對目前(qian)教材中節流(liú)式流量計 原(yuán)理存在的問(wen)題,詳細分析(xī)了節流現象(xiang),推導了節❓流(liú)裝置的流量(liang)測量原理,并(bìng)比較了孔闆(pan)流量計、文丘(qiu)裏流量計和(hé)🏃轉子流量計(jì)對于流量測(ce)量的異同點(dian)，以期糾正錯(cuò)誤概念☔,引導(dǎo)學❓生正确理(lǐ)解節流原理(li)來解決相關(guan)問題。
　　流量是(shì)化學工業生(shēng)産過程和科(kē)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(li)不開流量的(de)測量和控制(zhì)。測量流量的(de)方法和儀表(biao)很多,按作用(yong)原理分有:節(jiē)流式流量計(jì)、容積式流量(liang)計、質量式流(liú)量計等。其中(zhōng)，節流式流量(liang)計是使☀️用曆(li)史悠📐久的一(yī)種流量計,也(yě)是目前工業(yè)生産中應用(yong)最廣😘的一種(zhǒng)流量測量儀(yi)表。
　　節流式流(liú)量計由節流(liu)裝置和壓差(cha)計所組成，是(shi)利用流體流(liú)經節流裝置(zhì)時産生的壓(ya)力差來實現(xian).流量測🧑🏽‍🤝‍🧑🏻量的(de)。通用的節流(liú)裝置有孔闆(pǎn)、噴嘴、文丘裏(lǐ)管🔞和文丘☂️裏(li)噴嘴👉等。如圖(tú)1所示噴嘴,當(dāng)連續流動的(de)流體經過管(guǎn)道内的節流(liú)裝置時,流通(tong)面積突然縮(suō)小，流體的流(liu)速📐增大,擠過(guo)節🌈流孔,形成(cheng)流束收縮。流(liu)體擠過節流(liú)孔後,流通面(miàn)積增大,流速(sù)降低。通常認(ren)爲,在這一過(guò)程中，節流裝(zhuang)置前後的流(liu)體靜壓力産(chan)生差異,形成(cheng)靜壓差,該靜(jing)壓差是因流(liú)道💋縮小引起(qǐ)動🏃‍♀️能增大造(zao)成的,此即爲(wèi)節流現象。
 
　　針(zhēn)對目前教材(cai)和文獻資料(liào)中對于節流(liú)流量計原理(lǐ)存🙇🏻在的問題(tí),文章将詳細(xì)分析節流現(xiàn)象,并推導節(jie)流裝置的流(liu)量測量原量(liang),以期糾正錯(cuò)誤概念，以✌️正(zheng)确理解和運(yùn)用節流原理(li)分🔴析和解決(jué)相
　　節流裝置(zhì)本質上是一(yi)種擾流元件(jiàn),其作用是通(tong)過流道的變(bian)化千擾流體(tǐ)流動,産生局(ju)部阻力，從而(ér)消耗了流體(ti)的機械能,表(biao)現🥵爲節流裝(zhuāng)置前後出現(xian)壓差。當流體(ti)流速越大,則(zé)擾動作用越(yue)強,局部阻力(li)損失引起的(de)機械能消🙇‍♀️耗(hào)越大,對于文(wen)丘裏流量計(jì)或🈲孔闆流量(liàng)計來說,其壓(yā)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(shī)造成的,而不(bu)是因流道變(biàn)化由動能轉(zhuǎn)換而來的。那(na)麽，壓差指示(shì)值指示的是(shì)否是靜壓力(li)呢?我們先看(kàn)一看U型壓差(chà)計的測壓原(yuan)理。如圖2所示(shì)。U型壓差計測(cè)量均勻管💃内(nèi)流體作定态(tai)流動時1、2兩點(dian)的壓差。
 
ρi----U型壓(ya)差計中指示(shì)液的密度
R----U型(xing)壓差計的指(zhǐ)示值
(注:p和P意(yi)義不同,前者(zhě)表示靜壓強(qiáng),後者表示虛(xu)拟壓強,以下(xia)同㊙️)
　　可見,U型壓(ya)差計指示值(zhí)R并不表示靜(jing)壓差,而是A、B兩(liǎng)點的虛拟⁉️壓(yā)差△P,即總勢能(neng)差。隻有A.B兩點(diǎn)等高時,U型壓(ya)差計指示值(zhi)R才是靜壓☔差(cha)。
　　由此,我們利(lì)用上述結論(lùn),以孔闆流量(liàng)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(bu)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(yǐ)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(jié)面機械能守(shǒu)恒，即
這種假(jiǎ)設顯然是不(bu)合理的,因爲(wei)機械能守恒(heng),隻有在靜止(zhi)流體或阻力(lì)損失極小到(dao)可以忽略的(de)情況下才成(chéng)立,而此時U型(xíng)壓差✌️計的指(zhǐ)示必爲零。節(jiē)流裝置的測(ce)💜量原理在于(yú):通過節流裝(zhuāng)置幹擾流體(tǐ)流動,産生局(jú)部阻力,從而(er)消耗了流🈲體(tǐ)的機械能,在(zài)等徑管中,表(biao)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(bian)化。當流體流(liú)速越大,則擾(rao)動作用越強(qiáng),局部阻力損(sǔn)失引起的機(jī)械能消耗越(yuè)大,壓❤️差計指(zhi)示值就越大(da),因此U型壓差(cha)指示☁️值♊正比(bǐ)于流⭐量大小(xiao)。
　　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(qiu)裏流量計的(de)節流結構采(cǎi)用了漸縮漸(jian)擴管,對流✍️體(tǐ)擾動較平緩(huǎn)📱,避免了孔闆(pan)流量計因突(tu)然縮小和突(tu)然擴大造🤩成(cheng)嚴重的局部(bu)阻力損失，因(yīn)🤞而能量消♊耗(hào)小。
　　對于轉子(zi)流量計,其流(liu)量測量方式(shì)雖與孔闆流(liú)量計和文丘(qiu)裏流量計略(lue)有差異,但本(ben)質上仍是采(cai)用節流裝置(zhi)一轉子進行(hang)擾流(如圖4所(suǒ)示)，産生局部(bu)阻力,使機🙇‍♀️械(xie)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(zǐ)有向上推.動(dong)作用👣的升力(lì),即曳力。該升(sheng)力大小與轉(zhuan)子自身重量(liang)相等時,轉子(zi)則🔴保持平衡(heng),即:
轉子重力(lì)=轉子所受曳(ye)力
 
 
其中:
A2,A1---轉子(zǐ)上、下表面截(jié)面積
Aƒ---轉子投(tóu)影截面積
Vƒ---轉(zhuan)子體積
ρƒ--轉子(zi)密度
CR一以轉(zhuan)子上表面處(chu)的管道截面(mian)積計算的流(liu)量系數
　　準确(què)地說,産生轉(zhuan)子上下端面(mian)的曳力是虛(xu)拟壓差P1-P2,而虛(xū)拟壓強差産(chan)生的原因主(zhu)要是由于節(jiē)流元件對流(liu)🛀🏻體進行幹擾(rao)而造成🤟的局(jú)部阻力損失(shi)引起的,與位(wei)差無關,而⛱️動(dòng)能差與局部(bù)阻力損失相(xiang)比可以忽略(luè)。
　　關于轉子流(liú)量計的推導(dǎo)是從機械能(neng)守恒人手的(de)，即🆚
 
　　這顯然不(bú)合理，節流元(yuán)件的作用就(jiù)是對流體.流(liu)動産生擾動(dòng),造成局部阻(zu)力損失,形成(cheng)轉子上下截(jié)面🚶‍♀️間的虛拟(nǐ)❤️壓強🧡差,由🍓此(ci)産生向上升(shēng)力(曳力)。機械(xie)能守恒隻有(yǒu)在靜止流體(ti)中或阻力損(sǔn)失極小以至(zhi)可以忽略的(de)情況下才成(cheng)立。此時,轉子(zi)受到的向上(shàng)的升力(曳力(lì))爲零,因而必(bì)然在重力作(zuo)用下下沉至(zhì)玻管底部。
　　轉(zhuan)子與其他節(jiē)流裝置不同(tóng)的是,其位置(zhi)不固定,可以(yǐ)自㊙️由移動。當(dāng)流速增大時(shí),轉子在原位(wèi)置對流體造(zao)成的局部阻(zu)力損失必♌然(ran)增大,引起1-2截(jié)面間的虛拟(ni)壓強🛀🏻差增大(dà)。對轉子而言(yan),虛🔴拟壓強差(chà)形成的向上(shàng)曳力增大,大(da)于轉子重力(lì),轉子原位置(zhì)的力平衡⚽被(bèi)破壞,因而在(zai)向上的曳☂️力(li)作用下在🧑🏾‍🤝‍🧑🏼漸(jian)擴的管道中(zhōng)向上運動,直(zhi)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(qǐ)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(zhong)力ρƒrgVƒ相等,重新(xin)實現力平衡(heng)而保持穩定(ding)。
　　将文丘裏流(liú)量計、孔闆流(liu)量計和轉子(zi)流量計相比(bǐ)較,可以看出(chu)它們之間的(de)異同,相同點(diǎn)是:它們均是(shi)節流元件🔆或(huo)稱擾流元件(jiàn),可以對流體(ti)流動産生幹(gan)擾,造成流體(tǐ)局部阻力能(neng)量損失。流速(sù)越大,則千擾(rao)❓作用越強,局(jú)部阻力損失(shi)引起的能量(liang)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(qǐ)的壓降(虛拟(ni)壓強差)可以(yi)💚通過外置的(de)U型壓⭐差計指(zhi)示出來。流速(sù)越大,阻力損(sǔn)失越大,則壓(ya)降越大❓,U型壓(ya)差計的指示(shì)值🔴也越大，由(you)此指示流體(ti)流量的大小(xiao)。後者的節流(liú)元件一轉子(zi)🚶其位置是不(bú)固定的,可以(yi)在由下而上(shàng)漸擴的管道(dao)🧡中自由運動(dòng),局部阻力造(zao)成的壓差(虛(xu)拟壓強差)對(duì)轉子形成向(xiàng)上的曳力,當(dāng)曳力🐇與💔轉子(zǐ)重力相等時(shí)🐉,轉子保持平(píng)衡。當流速增(zēng)大，則局部阻(zǔ)力損失形成(cheng)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(xin)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(shēng)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(xiao)。

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