[摘要]針(zhen)對目前教材中節(jiē)流式流量計 原理(li)存在的問題,詳細(xi)分析了節流現象(xiang),推導了節流裝置(zhi)的流🔞量測量原理(lǐ),并比較了孔闆流(liú)量計、文丘裏流量(liang)計和轉子流量計(jì)對于流量測量的(de)異同點，以期糾正(zhèng)錯♌誤概念,引導學(xué)生正确理解節流(liu)原✨理來解決相關(guan)問題。
　　流量是化學(xué)工業生産過程和(hé)科學實驗中的重(zhòng)要參數,物料♈流✏️動(dòng)介質的流動、配比(bǐ)和輸送,都離不開(kāi)📐流量的測💛量和控(kòng)制。測量❄️流量的方(fang)法和儀表很多🛀,按(an)作用原理分有:節(jiē)流式流量計、容積(ji)⛹🏻‍♀️式流量計、質量式(shi)流量計等。其中，節(jie)流式流🔞量計是使(shi)用曆史悠❌久的一(yi)種流量計,也是目(mu)前工業生産中應(yīng)用最廣的一種流(liu)量測量儀表。
　　節流(liú)式流量計由節流(liú)裝置和壓差計所(suo)組成，是利用流體(tǐ)㊙️流♻️經節流裝置時(shi)産生的壓力差來(lai)實現.流量測🐅量的(de)。通用的節流裝置(zhì)有孔闆、噴嘴、文丘(qiū)裏管和文丘裏噴(pen)嘴等。如圖1所示噴(pēn)嘴,當連續流動的(de)流體經過管道内(nei)的節🌈流裝置時⚽,流(liú)通面積突然縮小(xiao)，流體的流速增大(da),擠過節流孔,形成(cheng)流束收縮。流體擠(jǐ)過節流孔後,流通(tong)面積增大,流速降(jiang)低。通常認爲,在這(zhè)一過㊙️程中，節流裝(zhuang)置前後的流體靜(jing)壓力産生差異,形(xíng)成靜壓差,該🐇靜壓(ya)差是因流道縮小(xiǎo)引起動能增大造(zào)成的,此即爲節流(liú)現象。
 
　　針對目前教(jiao)材和文獻資料中(zhong)對于節流流量計(jì)原理存💜在的問題(tí),文章将詳細分析(xī)節流現象,并推導(dǎo)節流裝置的流量(liang)測量原量,以期糾(jiu)正錯誤概念，以正(zheng)确理🈲解和運用節(jie)流原理分析和解(jiě)♻️決相
　　節流裝置本(běn)質上是一種擾流(liú)元件,其作用是通(tong)過🔴流道的✏️變化千(qian)擾流體流動,産生(shēng)局部阻力，從而消(xiao)耗了💞流體的機❗械(xie)能,表現爲節流裝(zhuang)置前後出現壓😍差(cha)。當流體流速越大(dà),則擾動作用越強(qiáng),局部阻力損🈚失引(yǐn)起的🐉機械能消耗(hao)越大,對于文丘裏(lǐ)流量計或孔闆流(liú)量計來說,其壓差(cha)計指示值就越大(da)。即:
 
　　可見,壓差的産(chan)生是由于局部阻(zu)力損失造成的,而(ér)不是因流道變化(huà)由動能轉換而來(lai)的。那麽，壓差指示(shì)值指示的是否是(shì)靜壓力呢?我們先(xiān)看一看U型壓差計(ji)的測壓原理。如圖(tú)2所示。U型壓差計測(cè)量均勻管内流體(ti)作定态流動時1、2兩(liǎng)點的壓差。
 
ρi----U型壓差(cha)計中指示液的密(mi)度
R----U型壓差計的指(zhǐ)示值
(注:p和P意義不(bú)同,前者表示靜壓(yā)強,後者表示虛拟(ni)壓強🥵,以下同)
　　可見(jiàn),U型壓差計指示值(zhi)R并不表示靜壓差(chà),而是A、B兩點☔的🌐虛拟(ni)壓差△P,即總勢能差(chà)。隻有A.B兩點等高時(shi),U型壓差計指示值(zhí)R才是靜壓差。
　　由此(cǐ),我們利用上述結(jié)論,以孔闆流量計(ji)爲例來推‼️導流量(liang)測量原理,如圖3所(suǒ)示。
 
其中:
ζ---局部阻力(lì)系數
Ci---以管道截面(miàn)積計算流量的流(liú)量系數
C0---ƒf(Rea,m)-以孔口截(jié)面積計算流量的(de)流量系數
 
　　在推導(dǎo)孔闆流量計測量(liang)原理時，假定1.2截面(miàn)機械能守恒，即
這(zhe)種假設顯然是不(bu)合理的,因爲機械(xiè)能守恒,隻有在靜(jìng)止流體或阻力損(sǔn)失極小到可以忽(hu)略的情況下才成(chéng)立🌂,而此時U型壓差(cha)計的指示必爲零(líng)。節流裝置的測量(liang)原理🏃‍♂️在于:通過節(jiē)流裝置幹擾流體(ti)流動,産生局部阻(zu)力,從而🧑🏽‍🤝‍🧑🏻消耗了流(liú)體的機械能,在等(děng)徑🤞管中,表現爲總(zǒng)勢能的減🍉小,而U型(xing)管壓差計指示的(de)🌏恰是總勢能差的(de)變化。當流體流速(sù)越大,則擾動作用(yòng)越強,局部阻力損(sun)失引起的機械能(neng)消耗越大,壓差計(jì)指示值就越大🔞,因(yīn)此U型壓差指示值(zhí)正比于流量大小(xiǎo)。
　　文丘裏流量計的(de)測量原理與孔闆(pǎn)流量計相同,隻是(shì)由于🔴文丘裏流量(liàng)計的節流結構采(cai)用了漸縮漸擴管(guǎn),對流體擾動較平(píng)緩,避免了孔闆流(liu)量計因突然縮小(xiao)和突然擴大造✌️成(chéng)嚴重的局部阻力(lì)損失，因而能量消(xiao)耗小。
　　對于轉子流(liu)量計,其流量測量(liàng)方式雖與孔闆流(liú)量♉計和文丘裏流(liú)量計略有差異,但(dàn)本質上仍是采用(yòng)節流裝置一轉子(zi)進行擾流(如圖4所(suǒ)示)，産生局部阻力(li),使機械能損失,表(biǎo)現爲截面1和2之間(jiān)🐇虛拟壓強差的減(jiǎn)小,産生了對轉🏒子(zi)有向上💃推.動作用(yòng)🏃‍♀️的升力,即☎️曳力。該(gai)升力大小與轉子(zi)自身重量相🔴等時(shí),轉子則保持平衡(héng),即:
轉子重力=轉子(zǐ)所受曳力
 
 
其中:
A2,A1---轉(zhuǎn)子上、下表面截面(miàn)積
Aƒ---轉子投影截面(miàn)積
Vƒ---轉子體積
ρƒ--轉子(zǐ)密度
CR一以轉子上(shàng)表面處的管道截(jie)面積計算的流量(liàng)系數
　　準确地說,産(chǎn)生轉子上下端面(miàn)的曳力是虛拟壓(ya)差P1-P2,而虛🧑🏾‍🤝‍🧑🏼拟壓強🔞差(chà)産生的原因主要(yao)是由于節流元件(jiàn)對流體進行幹🔞擾(rǎo)而造成的局部阻(zu)力損失引起的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻,與(yu)位差無關,而🙇🏻動能(néng)差與局部阻力損(sun)失相比可以忽略(lue)。
　　關于轉子流量計(ji)的推導是從機械(xiè)能守恒人手的，即(jí)
 
　　這顯然不合理，節(jie)流元件的作用就(jiù)是對流體.流動産(chan)生🔴擾動,造成局部(bu)阻力損失,形成轉(zhuǎn)子上下截面間的(de)⭕虛拟壓強差,由🏒此(cǐ)産生向上升力(曳(ye)力)。機械能守恒隻(zhi)有在靜止流體中(zhong)或阻力損失極小(xiao)以至可以忽略的(de)情況下才🥰成立。此(cǐ)時,轉子受到🏃🏻的向(xiang)上的升力(曳力)爲(wèi)零,因而必然在重(zhong)力作用下下沉至(zhi)玻⭐管底部。
　　轉子與(yu)其他節流裝置不(bú)同的是,其位置不(bú)固定,可♻️以自由移(yí)動。當流速增大時(shi),轉子在原位置對(dui)流體造成的局部(bù)阻🌐力損失必然增(zēng)大,引起1-2截面間的(de)虛拟壓強差增大(dà)。對轉子而言,虛拟(ni)壓強差形成的向(xiàng)上曳力增大,大于(yu)轉子重力,轉子原(yuán)位置的力平衡🌈被(bei)破壞,因而在向上(shang)的曳力作用下在(zài)✏️漸擴的管道中向(xiàng)上運動,直到在新(xin)位置中因流道擴(kuò)大使流速降低,對(duì)流體擾動造成的(de)局部阻力🌈引起的(de)曳力降低☀️到與原(yuán)平衡位置下相等(děng)時,轉子在新位置(zhì)下其所受曳力❌Aƒ(P1-P2)與(yǔ)重力ρƒrgVƒ相等,重新實(shí)現力平衡而保🈲持(chi)穩定。
　　将文丘裏流(liu)量計、孔闆流量計(jì)和轉子流量計相(xiàng)比較,可💚以看出它(ta)們之間的異同,相(xiang)同點是:它們均是(shì)♌節流元件或稱☎️擾(rǎo)流元件🐇,可以對流(liú)體流動産生幹擾(rǎo),造成流體局部阻(zu)力能量損失。流速(sù)越大,則千擾作用(yòng)越強🈲,局部阻力損(sǔn)失引起的能量消(xiao)越大。不同點是:前(qián)者的節流裝置是(shi)固定不動的，節流(liú)元件前後因局部(bù)阻力損失引起的(de)壓降(虛拟壓強差(cha))可以通過外置的(de)U型壓差計指示出(chu)來。流速越大,阻力(lì)損失越大,則壓降(jiang)越大,U型壓差計的(de)指示值🐕也越大，由(you)❓此指示流體流量(liang)的大小。後者的節(jie)流元件一轉子其(qi)位置是不固定的(de),可以在由下而上(shang)漸擴的管道中自(zi)由運動🈲,局部阻力(lì)造成的壓差(虛拟(ni)壓強差)對💁轉子形(xíng)成向上的曳力,當(dang)曳力與轉子重力(lì)相等時,轉子保持(chi)平衡。當流速增大(dà)，則局部阻力損失(shī)形成的壓差增大(da),轉子所受的上升(sheng)力增大,轉子向.上(shàng)運動,直至在新位(wei)置上達到平衡。流(liu)速越大,則轉子受(shou)到的上升力越大(dà),其上升的高度也(ye)越大📐,直至實現新(xin)平衡。由此🏃🏻‍♂️,轉子通(tong)過在漸擴📱
管中的(de)平衡位置指示流(liu)量大小。

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