[摘(zhai)要]針對目前(qian)教材中節流(liú)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(liàng)測量原理,并(bing)比較了孔闆(pǎn)流量計、文丘(qiu)裏流量計和(he)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(dao)學生正确理(lǐ)解節流原理(lǐ)來解決相關(guān)問題。
　　流量是(shi)化學工業生(shēng)産過程和科(kē)學實驗中的(de)重要參數,物(wu)💰料流動介質(zhì)的流動、配比(bǐ)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(yòng)原理分有:節(jiē)流式流量計(ji)、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(yí)表。
　　節流式流(liú)量計由節流(liú)裝置和壓差(cha)計所組成，是(shì)利🈲用流體流(liu)經節流裝置(zhi)時産生的壓(yā)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(li)管和文丘裏(lǐ)噴嘴🔞等。如圖(tú)1所示噴嘴,當(dang)連續流動的(de)流體經過管(guǎn)🐇道内的節❓流(liu)裝置時,流通(tōng)面積✊突然縮(suō)小🌈，流體的流(liú)速增大,擠過(guò)節流孔,形成(cheng)流束收縮。流(liú)體擠過節流(liu)孔👉後,流通面(mian)積增大,流速(sù)降低。通常認(ren)爲,在這一過(guo)👨‍❤️‍👨程中，節流裝(zhuāng)置前後的流(liu)體靜壓力産(chǎn)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(wei)🐕節流現象。
 
　　針(zhen)對目前教材(cai)和文獻資料(liào)中對于節流(liu)流量計原理(lǐ)🔴存在的問題(tí),文章将詳細(xi)分析節流現(xiàn)象,并推導節(jie)流裝置的流(liú)量測量原量(liang),以期糾正錯(cuo)誤概念，以正(zhèng)确理☔解和運(yun)用節流原理(lǐ)分析和解🐉決(jué)相
　　節流裝置(zhì)本質上是一(yi)種擾流元件(jian),其作用是通(tong)過流道的🏃‍♀️變(bian)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻化千擾流體(ti)流動,産生局(jú)部阻力，從而(ér)消耗了⭐流體(tǐ)的機械能,表(biǎo)現爲節流裝(zhuang)置前後出現(xian)壓差。當流體(ti)流速越大,則(ze)擾動作用越(yuè)強♊,局部阻力(lì)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(ya)差🔞計指示值(zhí)就越大。即:
 
　　可(kě)見,壓差的産(chan)生是由于局(jú)部阻力損失(shī)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(shì)值指示的是(shi)否是靜壓力(li)呢?我們先看(kàn)一看U型壓差(cha)計的測壓原(yuan)理。如圖♌2所示(shì)。U型壓差計測(ce)量均勻管内(nei)流體作定态(tài)流動時1、2兩點(diǎn)的壓差。
 
ρi----U型壓(ya)差計中指示(shi)液的密度
R----U型(xíng)壓差計的指(zhǐ)示值
(注:p和P意(yi)義不同,前者(zhe)表示靜壓強(qiáng),後者表示虛(xu)拟壓強,以下(xià)同)
　　可見,U型壓(ya)差計指示值(zhi)R并不表示靜(jìng)壓差,而是A、B兩(liang)點的虛拟壓(ya)差△P,即總勢能(neng)差。隻有A.B兩點(dian)等高時,U型壓(yā)差♍計指示值(zhí)R才是靜壓差(cha)。
　　由此,我們利(li)用上述結論(lun),以孔闆流量(liàng)計爲例來推(tuī)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼導☁️流量測♋量(liàng)原理,如圖3所(suǒ)示。
 
其中:
ζ---局部(bù)阻力系數
Ci---以(yi)管道截面積(jī)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(liú)量計測量原(yuán)理時，假定1.2截(jié)面機械能守(shou)😘恒，即
這種假(jiǎ)設顯然是不(bú)合理的,因爲(wei)機械能守恒(héng),隻有在靜止(zhǐ)流體或阻力(lì)損失極小到(dào)可以忽略的(de)情況下才成(cheng)立,而此時U型(xíng)壓差計的指(zhi)示必爲零。節(jie)流裝置的測(ce)❌量原理在于(yu):通過節流裝(zhuāng)置幹擾流體(tǐ)流動,産生局(jú)部阻力,從而(ér)消耗了流體(tǐ)的機械能,在(zài)等徑🔞管中,表(biǎo)現爲總勢能(néng)的減小,而U型(xing)管壓差計指(zhǐ)示的💞恰是總(zǒng)勢能差的變(biàn)化。當流體流(liu)速越大,則擾(rao)動作用越強(qiáng),局部阻力損(sun)失引起的機(jī)械能消耗越(yue)大,壓差計指(zhǐ)示值就越大(dà),因此U型壓差(cha)指示值正比(bi)于流量大小(xiao)。
　　文丘裏流量(liàng)計的測量原(yuan)理與孔闆流(liu)量計相同,隻(zhi)是由于文丘(qiu)裏流量計的(de)節流結構采(cai)用了漸縮漸(jiàn)擴管,對流體(ti)擾動較平緩(huǎn),避免了孔闆(pan)流量計因突(tu)🛀然縮小和突(tū)然擴大造成(cheng)嚴重的局部(bu)阻力損失，因(yīn)而能量消耗(hao)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(ben)質上仍是采(cai)用節流裝置(zhì)😍一轉子進行(háng)擾流(如圖4所(suo)示)，産生局部(bù)阻力,使機械(xie)能損失,表現(xiàn)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(dòng)作用的升力(li),即🙇‍♀️曳力。該升(shēng)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(li)=轉子所受曳(ye)力
 
 
其中:
A2,A1---轉子(zi)上、下表面截(jié)面積
Aƒ---轉子投(tóu)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(chu)的管道截面(miàn)積計算的流(liú)量系數♻️
　　準确(que)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(zhǔ)要是由于節(jie)流元件對流(liú)體進行幹擾(rǎo)而造成的局(jú)部阻力損失(shi)引起的,與位(wèi)差無關,而動(dong)能差與局部(bù)阻力損失相(xiàng)比可以忽略(luè)。
　　關于轉子流(liú)量計的推導(dao)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(nǐ)壓強💛差,由❤️此(cǐ)産生向上升(sheng)力(曳力)。機械(xie)能守恒隻有(yǒu)在靜止流體(tǐ)中或阻力損(sǔn)失⁉️極小以至(zhi)可以忽略的(de)✍️情況下才成(chéng)立。此時🌍,轉子(zi)受到的向上(shàng)的❤️升力(曳力(li))爲零,因而必(bì)然在重力作(zuo)用下下沉至(zhi)玻管底部。
　　轉(zhuan)子與其他節(jiē)流裝置不同(tong)的是,其位置(zhi)不固定,可以(yi)自由移動㊙️。當(dang)流速增大時(shi),轉子在原位(wei)置對流體造(zào)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(yan),虛拟壓強差(cha)形成的向上(shàng)曳力增大,大(dà)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(zhí)🏃🏻‍♂️到在新位置(zhi)中因流道擴(kuò)大使流速降(jiang)低,對流體擾(rǎo)動造成的局(jú)部阻力引起(qi)的曳力降低(dī)到與原平衡(héng)位置💋下相等(deng)時,轉子在新(xīn)🈲位置下其🎯所(suo)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(dìng)。
　　将文丘裏流(liu)量計、孔闆流(liú)量計和轉子(zǐ)流量計相比(bǐ)較🌈,可以看出(chu)它們之間的(de)異同,相同點(dian)是:它們均是(shi)節流元件或(huò)稱擾流📧元件(jian),可以對流體(tǐ)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(ju)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(zu)力損失引起(qi)的壓降(虛拟(nǐ)壓強差)可以(yǐ)通過外置的(de)U型壓差計指(zhi)示出來。流速(sù)越大,阻力損(sun)失越大,則壓(yā)降越大,U型壓(yā)差計的指示(shi)值也越大，由(you)此指示流✨體(ti)流量的大小(xiǎo)。後者的節流(liu)元件一轉子(zi)其位置是不(bu)固定的,可以(yǐ)在由下而上(shàng)漸擴的管道(dao)中自由運動(dong)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼,局部阻力造(zao)成的壓差(虛(xū)拟壓強差)對(duì)❓轉子形成向(xiàng)上的曳力,當(dang)曳力🌈與轉子(zǐ)重力相等時(shi),轉子保持平(píng)衡。當流速增(zēng)大，則局部阻(zǔ)力💜損失形成(chéng)的壓差增大(dà),轉🌐子所受的(de)上升力增大(dà),轉子向.上😍運(yùn)🍓動,直至在新(xīn)位置上達到(dào)平衡。流速越(yuè)❌大,則轉子受(shòu)✂️到的上升力(lì)越大,其上升(shēng)😄的高度也越(yue)大,直至實現(xian)新平衡。由此(cǐ)🐪,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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