[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(xiàng),推導了節流裝置(zhì)🌏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(zheng)錯誤概念,引導學(xue)生正确理解節流(liú)原理來解決相關(guān)問題。
　　流量是化學(xué)工業生産過程和(he)科學實驗中的重(zhòng)要參數㊙️,物料流動(dòng)介質的流動、配比(bi)和輸送,都離不開(kai)流量的測量和㊙️控(kòng)制。測量🚩流量的方(fang)法和儀表很多,按(àn)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(jiē)流式流量計是使(shǐ)🌏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(suǒ)組成，是利用㊙️流體(tǐ)流經節流裝置時(shí)産生的壓力差來(lái)實現.流量測量的(de)☀️。通用的節流裝置(zhì)有孔闆、噴嘴、文丘(qiu)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(xiǎo)，流體的流速增大(da),擠過節流孔,形成(chéng)流束收縮。流體♈擠(ji)過節流孔後,流通(tōng)面積增大,流速降(jiàng)低。通常認爲,在這(zhe)一過程中，節流裝(zhuāng)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(jiāo)材和文獻資料中(zhong)對于節流流量計(ji)原理👄存在的問題(tí),文章将詳細分析(xī)節流現象,并推導(dao)節流裝置的流量(liàng)測量原🛀量,以期糾(jiū)正錯誤概念，以正(zhèng)确理解和運用節(jie)流原理分析和解(jiě)決相
　　節流裝置本(ben)質上是一種擾流(liu)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(xiè)能,表現爲節流裝(zhuāng)置前後出現壓差(cha)。當流😘體流速越大(dà),則擾動作用越強(qiang),局部阻力損失引(yin)起的機械能消耗(hao)越大,對🔆于文丘裏(li)流量計或💁孔闆流(liu)量計來說,其壓差(chà)🤩計指示值就👨‍❤️‍👨越大(dà)。即:
 
　　可見,壓差的産(chǎn)生是由于局部阻(zǔ)力損失造成的,而(er)🐆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(xian)看一看U型壓差計(jì)的測壓原理。如圖(tu)2所示。U型壓差計🙇🏻測(cè)量均勻管🧑🏽‍🤝‍🧑🏻内流體(tǐ)作💞定态流動時1、2兩(liǎng)點的壓差。
 
ρi----U型壓差(chà)計中指示液的密(mì)度
R----U型壓差計的指(zhi)示值
(注:p和P意義不(bú)同,前者表示靜壓(ya)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(nǐ)壓🏃🏻差△P,即總勢能差(cha)。隻有A.B兩點等高時(shí),U型壓差計指示值(zhí)R才是🈲靜壓差。
　　由此(ci),我們利用上述結(jie)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(li)系數
Ci---以管道截面(miàn)積計算流量的流(liu)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(sun)失極小到可以忽(hu)略的情況下才成(cheng)立,而此時U型壓差(cha)計的指示必爲零(ling)。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(zǔ)力,從而消耗了流(liú)體的機械能,在等(děng)徑管中,表現爲總(zong)勢能的減小,而U型(xíng)管壓差計指示的(de)恰是總勢能差的(de)變化。當流體👅流速(su)越大,則擾🛀🏻動作用(yong)越強,局部阻力損(sun)失引⛷️起的機械能(neng)消耗越大,壓差計(ji)指示值就越大,因(yin)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(pan)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(ping)緩,避免了孔闆流(liú)量計因突然縮小(xiǎo)和突然擴大造成(cheng)嚴重的局部💚阻力(li)損失，因而能量消(xiāo)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(yong)節流裝置一轉👅子(zǐ)進♋行擾流(如圖4所(suǒ)示)，産生局部阻力(lì),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(jian)小,産生了對轉子(zi)有向上推.動作用(yong)🧡的升力,即✨曳力。該(gai)升力大小與轉子(zi)自身重量相等時(shi),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(mian)積
Aƒ---轉子投影截面(mian)積
Vƒ---轉子體積
ρƒ--轉子(zi)密度
CR一以轉子上(shang)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(mian)的曳力是虛拟壓(yā)差P1-P2,而虛拟壓強差(cha)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(zǔ)力損失引起的,與(yǔ)位差無關,而動能(neng)差與局部阻力損(sǔn)失相比可以忽略(lue)。
　　關于轉子流量計(jì)的推導是從機械(xie)能守恒人手的，即(jí)
 
　　這顯然不合理，節(jiē)流元件的作用就(jiù)是對流體.流動産(chǎn)生擾動,造成局部(bu)阻力損失,形成轉(zhuan)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(zhī)有在靜止流體中(zhōng)或阻力損失極小(xiao)以至可♻️以忽略的(de)情況下才成立。此(ci)時,轉子受到的向(xiàng)上的升力(曳力)爲(wei)零,因而必然在重(zhòng)力作用下下沉至(zhi)玻管底部。
　　轉子與(yǔ)其他節流裝置不(bu)同的是,其位置不(bú)固定,可以🔞自由🚶移(yi)動。當流速增大時(shi),轉子在原位置對(duì)流體造成的局部(bu)阻力損失必然增(zeng)大,引起1-2截面間的(de)虛拟壓強差增大(da)。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(shàng)的曳力作用下在(zai)🈲漸擴的管道🔴中向(xiàng)上運動,直☁️到在新(xīn)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(yuan)平衡位置下相等(deng)時,轉子在🧑🏾‍🤝‍🧑🏼新位置(zhi)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(chí)穩定。
　　将文丘裏流(liu)量計、孔闆流量計(ji)和轉子流量計相(xiàng)比💁較,可以看☂️出它(ta)們之間的異同,相(xiàng)同點是:它們均是(shì)節流元件或稱擾(rao)流元件,可以對流(liú)體流動産生幹🆚擾(rǎo),造成流體局部阻(zǔ)力能量損失。流速(su)越大,則千擾作用(yong)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(bu)阻力損失引起的(de)壓♈降(虛拟壓強差(chà)👈)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(yóu)此指示流體流量(liàng)的大小。後者的節(jie)流元件一轉子✨其(qí)位置是不固定的(de),可以在由下而上(shang)漸✌️擴的管道中自(zì)由運動,局部阻力(li)造成‼️的壓差(虛拟(ni)壓強差)對轉子形(xing)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(da)，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(shang)運動,直至在新位(wèi)置上🔴達到平衡。流(liu)速越大,則轉子受(shou)到的📧上升力越大(da),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(liú)量大小。

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