[摘要(yao)]針對目(mu)前教材(cai)中節流(liu)式流量(liang)計 原理(li)存在的(de)問題,詳(xiang)細分析(xi)了節流(liu)現象,推(tui)導了節(jie)流♊裝置(zhi)的流💯量(liang)測量原(yuan)理,并比(bi)較了孔(kong)闆流量(liang)計、文丘(qiu)裏流量(liang)🆚計和🚶‍♀️轉(zhuan)子流量(liang)計對于(yu)流量測(ce)量的異(yi)同點，以(yi)期糾正(zheng)錯誤概(gai)念,引導(dao)學生正(zheng)确理解(jie)節流原(yuan)理來解(jie)決相關(guan)問題。
　　流(liu)量是化(hua)學工業(ye)生産過(guo)程和科(ke)學實驗(yan)中的重(zhong)要參數(shu),物料流(liu)動介質(zhi)的流動(dong)、配比和(he)輸送,都(dou)離不開(kai)⛹🏻‍♀️流量的(de)測量和(he)控制👅。測(ce)量流量(liang)的方法(fa)和儀表(biao)很多,按(an)作用原(yuan)理分🌈有(you):節流式(shi)流量計(ji)、容積式(shi)流量計(ji)、質量式(shi)流量計(ji)等。其中(zhong)，節流式(shi)流量計(ji)是使用(yong)曆史悠(you)⛱️久的一(yi)種流量(liang)計,也是(shi)目前工(gong)業生産(chan)中應用(yong)最廣的(de)一種流(liu)量測量(liang)儀表。
　　節(jie)流式流(liu)量計由(you)節流裝(zhuang)置和壓(ya)差計所(suo)組成，是(shi)利用流(liu)體流經(jing)節流裝(zhuang)置時産(chan)生的壓(ya)力差來(lai)實現.流(liu)量測🐇量(liang)的。通用(yong)的節流(liu)裝置有(you)孔闆、噴(pen)嘴、文丘(qiu)裏管和(he)文丘裏(li)噴嘴等(deng)。如圖1所(suo)示噴🌈嘴(zui),當連☎️續(xu)流動的(de)流體經(jing)過管道(dao)内的節(jie)流裝置(zhi)時,流通(tong)面積突(tu)然縮小(xiao)，流體的(de)流速增(zeng)大,擠過(guo)節流孔(kong),形成流(liu)束收縮(suo)。流體✍️擠(ji)過節流(liu)孔後,流(liu)通面積(ji)增大,流(liu)速降低(di)。通常🌈認(ren)爲,在這(zhe)一過程(cheng)中，節流(liu)裝置🐉前(qian)後的流(liu)體靜壓(ya)力産生(sheng)差異,形(xing)成靜壓(ya)差,該🌏靜(jing)壓差是(shi)因流道(dao)縮小引(yin)起動能(neng)增大造(zao)成的,此(ci)即爲💰節(jie)流現象(xiang)。
 
　　針對目(mu)前教材(cai)和文獻(xian)資料中(zhong)對于節(jie)流流量(liang)計原理(li)存在的(de)問題,文(wen)章将詳(xiang)細分析(xi)節流現(xian)象,并推(tui)導節流(liu)裝置的(de)流量測(ce)🈲量原量(liang),以期糾(jiu)正錯誤(wu)概念，以(yi)正确理(li)解和運(yun)用節流(liu)原理分(fen)🈚析和解(jie)決相
　　節(jie)流裝置(zhi)本質上(shang)是一種(zhong)擾流元(yuan)件,其作(zuo)用是通(tong)過流道(dao)的🏃🏻‍♂️變化(hua)🐅千擾流(liu)體流動(dong),産生局(ju)部阻力(li)，從而消(xiao)⭕耗了流(liu)體的機(ji)🏒械能,表(biao)現爲節(jie)流裝置(zhi)前後出(chu)現壓差(cha)。當流體(ti)流速越(yue)大,則擾(rao)動作用(yong)越強🍉,局(ju)部阻力(li)損失引(yin)起的🛀機(ji)械能消(xiao)耗越大(da),對于文(wen)丘裏流(liu)量計或(huo)🈲孔闆流(liu)量計來(lai)說,其壓(ya)差計指(zhi)示值就(jiu)越大。即(ji):
 
　　可見,壓(ya)差的産(chan)生是由(you)于局部(bu)阻力損(sun)失造成(cheng)的,而⁉️不(bu)是🤩因流(liu)道變化(hua)由動能(neng)轉換而(er)來的。那(na)麽，壓差(cha)指示值(zhi)指示的(de)是否是(shi)靜壓力(li)呢?我們(men)先看一(yi)看U型壓(ya)差計的(de)測壓原(yuan)理。如圖(tu)2所示。U型(xing)壓差計(ji)測量均(jun)勻管内(nei)流體作(zuo)定态流(liu)動時1、2兩(liang)點的㊙️壓(ya)差。
 
ρi----U型壓(ya)差計中(zhong)指示液(ye)的密度(du)
R----U型壓差(cha)計的指(zhi)示值
(注(zhu):p和P意義(yi)不同,前(qian)者表示(shi)靜壓強(qiang),後者表(biao)示虛拟(ni)壓強,以(yi)下同)
　　可(ke)見,U型壓(ya)差計指(zhi)示值R并(bing)不表示(shi)靜壓差(cha),而是A、B兩(liang)點的虛(xu)拟❗壓❄️差(cha)△P,即總勢(shi)能差。隻(zhi)有A.B兩點(dian)等高時(shi),U型壓差(cha)計指示(shi)值R才是(shi)靜壓差(cha)。
　　由此,我(wo)們利用(yong)上述結(jie)論,以孔(kong)闆流量(liang)計爲例(li)來推💃導(dao)💰流量測(ce)量原理(li),如圖3所(suo)示。
 
其中(zhong):
ζ---局部阻(zu)力系數(shu)
Ci---以管道(dao)截面積(ji)計算流(liu)量的流(liu)量系數(shu)
C0---ƒf(Rea,m)-以孔口(kou)截面積(ji)計算流(liu)量的流(liu)量系數(shu)
 
　　在推導(dao)孔闆流(liu)量計測(ce)量原理(li)時，假定(ding)1.2截面機(ji)械能💋守(shou)🏃🏻‍♂️恒，即
這(zhe)種假設(she)顯然是(shi)不合理(li)的,因爲(wei)機械能(neng)守恒,隻(zhi)有在🧑🏾‍🤝‍🧑🏼靜(jing)止流體(ti)或阻力(li)損失極(ji)小到可(ke)以忽略(lue)的情況(kuang)下才‼️成(cheng)立,而此(ci)時U型壓(ya)差計的(de)指示必(bi)爲零。節(jie)流裝🤞置(zhi)的測量(liang)原理在(zai)于:通🌍過(guo)節流裝(zhuang)置幹擾(rao)流體流(liu)動,産生(sheng)局部阻(zu)力,從而(er)消耗了(le)流體的(de)機械能(neng),在等徑(jing)管中,表(biao)現爲總(zong)勢能的(de)減小,而(er)U型管壓(ya)差計指(zhi)示的💋恰(qia)是總勢(shi)能差的(de)變化。當(dang)流體流(liu)速越大(da),則擾㊙️動(dong)作用越(yue)強,局部(bu)阻力損(sun)失引🌈起(qi)的機械(xie)能消耗(hao)越大,壓(ya)差計指(zhi)示值就(jiu)越大,因(yin)此U型壓(ya)差指示(shi)值正比(bi)于流量(liang)大小。
　　文(wen)丘裏流(liu)量計的(de)測量原(yuan)理與孔(kong)闆流量(liang)計相同(tong),隻是由(you)于文丘(qiu)裏流量(liang)計的節(jie)流結構(gou)采用了(le)漸縮漸(jian)🧡擴管,對(dui)流體擾(rao)🐆動較平(ping)緩,避免(mian)了孔闆(pan)流量計(ji)因突然(ran)縮小🔴和(he)突然擴(kuo)大造成(cheng)嚴重❗的(de)局部阻(zu)力損失(shi)，因而能(neng)量消耗(hao)小。
　　對于(yu)轉子流(liu)量計,其(qi)流量測(ce)量方式(shi)雖與孔(kong)闆流量(liang)計和文(wen)丘裏流(liu)量計略(lue)有差異(yi),但本質(zhi)上仍是(shi)采用🏃🏻節(jie)流裝置(zhi)一轉✔️子(zi)進行擾(rao)流(如圖(tu)4所示)，産(chan)生局部(bu)阻力,使(shi)機械能(neng)損失,表(biao)現爲截(jie)面💚1和2之(zhi)間🥰虛拟(ni)壓強差(cha)的減小(xiao),産生了(le)對轉子(zi)有向上(shang)推.動作(zuo)用的升(sheng)力,即曳(ye)力。該升(sheng)力大小(xiao)與轉子(zi)自身重(zhong)量相等(deng)時,轉子(zi)則保持(chi)平衡,即(ji):
轉子重(zhong)力=轉子(zi)所受曳(ye)力
 
 
其中(zhong):
A2,A1---轉子上(shang)、下表面(mian)截面積(ji)
Aƒ---轉子投(tou)影截面(mian)積
Vƒ---轉子(zi)體積
ρƒ--轉(zhuan)子密度(du)
CR一以轉(zhuan)子上表(biao)面處的(de)管道截(jie)面積計(ji)算的流(liu)量系數(shu)
　　準确地(di)說,産生(sheng)轉子上(shang)下端面(mian)的曳力(li)是虛拟(ni)壓差P1-P2,而(er)虛拟壓(ya)✔️強差産(chan)生的原(yuan)因主要(yao)是由于(yu)節流元(yuan)件對流(liu)體進行(hang)幹擾而(er)造成的(de)局部阻(zu)力損失(shi)引起的(de),與位差(cha)無關,而(er)🍓動能差(cha)與局部(bu)阻力損(sun)失相比(bi)可以忽(hu)略。
　　關于(yu)轉子流(liu)量計的(de)推導是(shi)從機械(xie)能守恒(heng)人手的(de)，即
 
　　這顯(xian)然不合(he)理，節流(liu)元件的(de)作用就(jiu)是對流(liu)體.流動(dong)産生擾(rao)動,造成(cheng)局部阻(zu)力損失(shi),形成轉(zhuan)子上下(xia)截面間(jian)的虛拟(ni)壓強差(cha),由此産(chan)生向上(shang)升力(曳(ye)力)。機械(xie)能守恒(heng)隻有在(zai)靜止流(liu)體中或(huo)阻♌力損(sun)失🍉極小(xiao)以至可(ke)以忽略(lue)的情況(kuang)下才成(cheng)立。此時(shi)🙇🏻,轉子受(shou)到的向(xiang)上的升(sheng)力(曳力(li))爲😄零,因(yin)而必然(ran)在重力(li)作用☔下(xia)下沉至(zhi)玻💘管底(di)部。
　　轉子(zi)與其他(ta)節流裝(zhuang)置不同(tong)的是,其(qi)位置不(bu)固定,可(ke)以自由(you)移動♈。當(dang)流速增(zeng)大時,轉(zhuan)子在原(yuan)位置對(dui)流體🥰造(zao)成的局(ju)部阻力(li)損失必(bi)然增大(da),引起1-2截(jie)面間的(de)虛拟壓(ya)強差增(zeng)大。對轉(zhuan)子而言(yan),虛拟壓(ya)強差形(xing)成的向(xiang)上曳力(li)增👌大,大(da)于轉🥰子(zi)重力,轉(zhuan)子原位(wei)置的力(li)平衡被(bei)破壞,因(yin)而在向(xiang)上的曳(ye)🧡力作用(yong)下在漸(jian)擴的管(guan)道🎯中向(xiang)上運動(dong),直到在(zai)新位置(zhi)中因流(liu)道擴大(da)使流速(su)降低,對(dui)流體擾(rao)動造成(cheng)的局部(bu)阻力引(yin)起的曳(ye)力降低(di)到與原(yuan)平衡位(wei)置📧下相(xiang)等時,轉(zhuan)子在新(xin)位置下(xia)其所受(shou)曳力Aƒ(P1-P2)與(yu)重力ρƒrgVƒ相(xiang)等🔞,重新(xin)實現力(li)平衡而(er)保持穩(wen)🌏定。
　　将文(wen)丘裏流(liu)量計、孔(kong)闆流量(liang)計和轉(zhuan)子流量(liang)計相比(bi)較🚶‍♀️,可以(yi)看出它(ta)們之間(jian)的異同(tong),相同點(dian)是:它們(men)均是節(jie)流元件(jian)🌈或稱擾(rao)流元件(jian),可以對(dui)流體流(liu)動産生(sheng)幹擾,造(zao)成☎️流體(ti)局部阻(zu)力能量(liang)損失。流(liu)速越大(da),則千擾(rao)作用越(yue)強,局部(bu)阻力損(sun)失引起(qi)的能量(liang)消越大(da)。不同☁️點(dian)是:前者(zhe)的節流(liu)裝置是(shi)固定不(bu)動的，節(jie)流元件(jian)前💞後因(yin)局部阻(zu)力損失(shi)引起的(de)壓降(虛(xu)拟壓強(qiang)差⁉️)可以(yi)👈通過外(wai)置的U型(xing)壓差計(ji)指示出(chu)來。流🐇速(su)越大,阻(zu)力損失(shi)越大,則(ze)壓降越(yue)大,U型壓(ya)差計的(de)指示值(zhi)也越大(da)，由此指(zhi)示流體(ti)流量的(de)大小。後(hou)者的節(jie)流元件(jian)一💋轉子(zi)其位置(zhi)是不固(gu)定的,可(ke)以在由(you)下而上(shang)漸✔️擴的(de)管道中(zhong)自由運(yun)動,局部(bu)阻力造(zao)成的壓(ya)差(虛拟(ni)壓強差(cha))對👄轉子(zi)🤞形成向(xiang)上的曳(ye)力,當曳(ye)力與👅轉(zhuan)子重力(li)相等時(shi),轉子保(bao)持🌈平衡(heng)。當流速(su)增大，則(ze)局部阻(zu)力損失(shi)形成的(de)壓差增(zeng)大,轉子(zi)所📱受的(de)上升力(li)增大,轉(zhuan)子向.上(shang)運動,直(zhi)至在新(xin)位置上(shang)達到平(ping)衡🏃‍♀️。流速(su)越🏃🏻‍♂️大,則(ze)轉子受(shou)到的上(shang)升力越(yue)大,其上(shang)升的高(gao)度也越(yue)大,直至(zhi)實現新(xin)平衡。由(you)此,轉子(zi)通過在(zai)漸擴🏃🏻‍♂️
管(guan)中的平(ping)衡位置(zhi)指示流(liu)量大小(xiao)。

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