圓管流體計(jì)算

1、管道流量計(jì)算1）流體在水平圓管中作層流運(yùn)動時，其體積流量Q與管子兩端的壓強(qiáng)差p，管的半徑r，長度L，以及流體的粘滯系數(shù)有以下關(guān)系：Q=·r·p/(8L)式中：Q-流量，單位r-管的半徑，單位 4p -管兩端的壓力差-流體粘度L-管的長度2）液體流速與管徑、流量的關(guān)系式：Q=V·r·3.14×3600；D=管徑=2×2×P=RL；R=(/D)*(2*/2g)。Q-流量(m/h)；-流速(m/s)；r-管道半徑(m)；D-管道直徑(m)；P-壓力(kg/m2)；R-沿程摩擦阻力(kg/m2)；L-管道長度(m)；g-重力加速度=

2、9.8。壓力可以換算成Pa，方法如下：1帕=1/9.81(kg/m2)32；3）對于短管道：（局部阻力和流速水頭不能忽略不計(jì)）流量 Q=(/4)d2 ·(1+L/d+)· (2gH)式中：Q-流量，（m3/s)；-圓周率；d-管內(nèi)徑（m)，L-管道長度（m)；g-重力加速度(m/s2)；H-管道兩端水頭差（m)；-管道的沿程阻力系數(shù)（無單位）；-管道的局部阻力系數(shù)（無單位，有多個的要累加）。使中部的截面積變?yōu)樵瓉淼囊话耄渌麠l件都不變，這就相當(dāng)于增加了一個局部阻力系數(shù)，流量變?yōu)椋篞=(/4)d2 (1+L/d+) (2gH)。流量比原來小了。流量減小的程度要看增加的與原來沿

3、程阻力和局部阻力的相對大小。當(dāng)管很長（L很大），管徑很小，原來管道局部阻力很大時，流量變化就小。相反當(dāng)管很短（L很小），管徑很大，原來管道局部阻力很小時，流量變化就大。定量變化必須通過定量計(jì)算確定。流量計(jì)算公式（1）差壓式流量計(jì)差壓式流量計(jì)是以伯努利方程和流體連續(xù)性方程為依據(jù)，根據(jù)節(jié)流原理，當(dāng)流體流經(jīng)節(jié)流件時（如標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長徑噴嘴、經(jīng)典文丘利嘴、文丘利噴嘴等），在其前后產(chǎn)生壓差，此差壓值與該流量的平方成正比。在差壓式流量計(jì)中，因標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置差壓流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、研究最充分、已標(biāo)準(zhǔn)化而得到最廣泛的應(yīng)用?？装辶髁坑?jì)理論流量計(jì)算公式為：式中，qf為工況下的體積流量，m3/s；

4、c為流出系數(shù)，無量鋼；=d/D，無量鋼；d為工況下孔板內(nèi)徑，mm；D為工況下上游管道內(nèi)徑，mm；為可膨脹系數(shù)，無量鋼；p為孔板前后的差壓值，Pa；1為工況下流體的密度，kg/m3。對于天然氣而言，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣積流量的實(shí)用計(jì)算公式為：式中，qn為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣體積流量，m3/s；As為秒計(jì)量系數(shù)，視采用計(jì)量單位而定，此式As=3.1794×10-6；c為流出系數(shù)；E為漸近速度系數(shù)；d為工況下孔板內(nèi)徑，mm；FG為相對密度系數(shù)，為可膨脹系數(shù)；FZ為超壓縮因子；FT為流動濕度系數(shù)；p1為孔板上游側(cè)取壓孔氣流絕對靜壓，MPa；p為氣流流經(jīng)孔板時產(chǎn)生的差壓，Pa。差壓式流量計(jì)一般由節(jié)流

5、裝置（節(jié)流件、測量管、直管段、流動調(diào)整器、取壓管路）和差壓計(jì)組成，對工況變化、準(zhǔn)確度要求高的場合則需配置壓力計(jì)（傳感器或變送器）、溫度計(jì)（傳感器或變送器）流量計(jì)算機(jī)，組分不穩(wěn)定時還需要配置在線密度計(jì)（或色譜儀）等。（2）速度式流量計(jì)速度式流量計(jì)是以直接測量封閉管道中滿管流動速度為原理的一類流量計(jì)。工業(yè)應(yīng)用中主要有： 渦輪流量計(jì)：當(dāng)流體流經(jīng)渦輪流量傳感器時，在流體推力作用下渦輪受力旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與管道平均流速成正比，渦輪轉(zhuǎn)動周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值，檢測線圈中的磁通隨之發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生周期性的電脈沖信號。在一定的流量（雷諾數(shù)）范圍內(nèi)，該電脈沖信號與流經(jīng)渦輪流量傳感器處流體的體積流量成正比。

6、渦輪流量計(jì)的理論流量方程為：式中n為渦輪轉(zhuǎn)速；qv為體積流量；A為流體物性（密度、粘度等），渦輪結(jié)構(gòu)參數(shù)（渦輪傾角、渦輪直徑、流道截面積等）有關(guān)的參數(shù)；B為與渦輪頂隙、流體流速分布有關(guān)的系數(shù)；C為與摩擦力矩有關(guān)的系數(shù)。 渦街流量計(jì)：在流體中安放非流線型旋渦發(fā)生體，流體在旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地分離釋放出兩列規(guī)則的交替排列的旋渦渦街。在一定的流量（雷諾數(shù)）范圍內(nèi)，旋渦的分離頻率與流經(jīng)渦街流量傳感器處流體的體積流量成正比。渦街流量計(jì)的理論流量方程為：式中，qf為工況下的體積流量，m3/s；D為表體通徑，mm；M為旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面積之比；d為旋渦發(fā)生體迎流面寬度，mm；f為旋渦的發(fā)生頻

7、率，Hz；Sr為斯特勞哈爾數(shù)，無量綱。 旋進(jìn)渦輪流量計(jì)：當(dāng)流體通過螺旋形導(dǎo)流葉片組成的起旋器后，流體被強(qiáng)迫圍繞中心線強(qiáng)烈地旋轉(zhuǎn)形成旋渦輪，通過擴(kuò)大管時旋渦中心沿一錐形螺旋形進(jìn)動。在一定的流量（雷諾數(shù)）范圍內(nèi)，旋渦流的進(jìn)動頻率與流經(jīng)旋進(jìn)渦流量傳感器處流體的體積流量成正比。旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的理論流量方程為：式中，qf為工況下的體積流量，m3/s；f為旋渦頻率，Hz；K為流量計(jì)儀表系數(shù)，P/m3(p為脈沖數(shù))。 時差式超聲波流量計(jì)：當(dāng)超聲波穿過流動的流體時，在同一傳播距離內(nèi)，其沿順流方向和沿逆流方向的傳播速度則不同。在較寬的流量（雷諾數(shù)）范圍內(nèi)，該時差與被測流體在管道中的體積流量（平均流速）成正比。超

8、聲波流量計(jì)的流量方程式為：式中，qf為工況下的體積流量，m3/s；V為流體通過超聲換能器皿1、2之間傳播途徑上的聲道長度，m；L為超聲波在換能器1、2之間傳播途徑上的聲道長度，m；X為傳播途徑上的軸向分量，m；t1為超聲波順流傳播的時間，s；t2為超聲波逆流傳播的時間，s。速度式氣體流量計(jì)一般由流量傳感器和顯示儀組成，對溫度和壓力變化的場合則需配置壓力計(jì)（傳感器或變送器）、溫度計(jì)（傳感器或變送器）、流量積算儀（溫壓補(bǔ)償）或流量計(jì)算機(jī)（溫壓及壓縮因子補(bǔ)償）；對準(zhǔn)確度要求更高的場合（如貿(mào)易天然氣），則另配置在線色譜儀連續(xù)分析混合氣體的組分或物性值計(jì)算壓縮因子、密度、發(fā)熱量等。（3）容積式流量計(jì)在容

9、積式流量計(jì)的內(nèi)部，有一構(gòu)成固定的大空間和一組將該空間分割成若干個已知容積的小空間的旋轉(zhuǎn)體，如腰輪、皮膜、轉(zhuǎn)筒、刮板、橢圓齒輪、活塞、螺桿等。旋轉(zhuǎn)體在流體壓差的作用下連續(xù)轉(zhuǎn)動，不斷地將流體從已知容積的小空間中排出。根據(jù)一定時間內(nèi)旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動的次數(shù)，即可求出流體流過的體積量。容積式流量計(jì)的理論流量計(jì)算公式：式中，qf為工況下的體積流量，m3/s；n為旋轉(zhuǎn)體的流速，周/s；V為旋轉(zhuǎn)體每轉(zhuǎn)一周所排流體的體積，m3/周。浮子流量計(jì)。 浮子流量計(jì)在中型和小型實(shí)驗(yàn)裝置上使用很廣泛，這是因?yàn)楦∽邮搅髁坑?jì)簡單、直觀、價格低廉，適合作一般指示。浮子流量計(jì)有玻璃錐管型和金屬錐管型兩大類，玻璃錐管型的不足之處是耐壓不高

10、和玻璃錐管易碎，另外，流體溫度壓力對示值影響大。一般可根據(jù)流體實(shí)際溫度和壓力按式（3.28）進(jìn)行人工換算。式中由于引入n,在被測氣體不為空氣時，也可利用該公式進(jìn)行換算。qv= qvf (3.28)式中 qv實(shí)際體積流量，Nm3/h；qvf儀表示值，m3/h；n被測氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度，kg/Nm3；an空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度，kg/Nm3；Tn、Pn氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的絕對溫度、絕對壓力；Tf、Pf氣體在工作狀態(tài)下的絕對溫度、絕對壓力。（2） 濕空氣干部分流量測量問題濕空氣干部分流量測量的必要性。在化工生產(chǎn)的氧化反應(yīng)過程中，一般是將空氣送入反應(yīng)器，而真正參與反應(yīng)的僅僅是空氣中的氧，由于空氣中的

11、氮和氧保持恒定比例，所以測量得到進(jìn)入反應(yīng)器的氮氧混合物流量，也就可以計(jì)算出氧的流量。但是壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)從大氣中吸入的空氣除了氮氧成分之外（微量成分忽略不計(jì)），總是包含一定數(shù)量的水蒸汽，而且水蒸氣的飽和含量是隨著其溫度的變化而變化的。為了將氧化反應(yīng)控制在理想狀態(tài)，須對進(jìn)入反應(yīng)器的氮氧混合氣流進(jìn)行精確測量，也即將進(jìn)入反應(yīng)器的空氣中的水蒸氣予以扣除，得到濕空氣的干部分流量，這是濕氣體中需要測量干部分流量的一個典型例子。濕空氣密度的求取。濕空氣由其干部分和所含的水蒸氣兩部分組成。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下濕氣體的密度可用式（3.29）計(jì)算。n=gn+sn (3.29)式中? n濕空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（101.325kPa

12、,20）的密度，kg/m3；gn濕空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干部分的密度，kg/m3；sn濕空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下濕部分的密度，kg/m3；工作狀態(tài)下濕空氣的密度可按式（3.30）計(jì)算。f=gf+sf (3.30)f濕空氣在工作狀態(tài)下的密度，kg/m3；gf濕空氣在工作狀態(tài)下干部分的密度，kg/m3;sf濕空氣在工作狀態(tài)下濕部分的密度，kg/m3；gf和sf分別按式（3.31）和式（3.32）計(jì)算。gfgn (3.31)sf= (3.32)式中 f工作狀態(tài)下濕氣體相對濕度，0100；psfmax工作狀態(tài)下飽和水蒸氣壓力；sf工作狀態(tài)下水蒸汽密度，kg/m3；sfmax工作狀態(tài)下飽和水蒸汽密度，kg/m3；其余

13、符號意義同式（3.28）。不同原理流量計(jì)測量濕空氣干部分流量時的計(jì)算公式a.頻率輸出的渦街流量計(jì)。頻率輸出的渦街流量計(jì)用來測量濕空氣流量時，其輸出的每一個脈沖信號都代表濕空氣在工作狀態(tài)下的一個確定的體積值。這時，要計(jì)算濕空氣中的干部分，只需在從工作狀態(tài)下的體積流量換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（101.325kPa,20）下體積流量時，從總壓中扣除水蒸氣壓力，如式（3.33）所示。qvg=qvf=3.6 (3.33)式中 qvg濕空氣干部分體積流量，Nm3/h；qvf濕空氣工作狀態(tài)下體積流量，m3/h；f渦街流量計(jì)輸出頻率，P/s(1P=0.1Pa·s)；Kt工作狀態(tài)下流量系數(shù)，P/L。b.模擬輸出的渦街流量計(jì)。模擬輸出的渦街流量計(jì)用來測量濕空氣的干部分流量時，只有工作狀態(tài)（pf、 f、Tf、Zf）與設(shè)計(jì)狀態(tài)（pd、 d、Td、Zd）一致時，無需補(bǔ)償就能得到準(zhǔn)確結(jié)果。如果有一個或一個以上? 不一致，可用式（3.34）進(jìn)行補(bǔ)償。qv=Aiqmax= (3.34)式中 Ai渦街流量計(jì)模擬輸出，；qmax流量測量上限，Nm3/h；pd設(shè)計(jì)狀態(tài)濕空氣絕壓,kPa(Mpa);d設(shè)計(jì)狀態(tài)濕空氣相對濕度；psdmax設(shè)計(jì)狀態(tài)濕空氣中飽和水蒸氣壓力，與pd單位一致；Td設(shè)計(jì)狀態(tài)濕空氣溫度，K；Zd設(shè)計(jì)狀態(tài)濕空氣壓縮系數(shù)。c.差壓式流量計(jì)。用差壓式流量計(jì)測量濕空氣的干部分流量要進(jìn)行兩方面的計(jì)算個是工況