● 以机械能衡算方程为基础的测定方法，应用公式：

1.6 流速和流量测定

Ru

gzp

Wu

gzp

e 22

22

22

21

11

222111 susu

● 流体的速度和流量测定是一个重要的测量参数；

● 测量用的方法和流量计的种类很多。

1.6.1 测速管（毕托管 Pitot ） (1) 结构

同心套管、压差计 。

R

A

B

实际应用的毕托管示意图

(2) 测量原理 • 未放测速管时，截面各点均为静压能。 • 放入测速管后， 外管：开口平行于流向 pB—— 静压能；

内管：开口垂直于流向 pA—— 滞点压力。

滞点压力 ( 冲压能 ) = 静压能 + 动能

2

2rBA upp

A

B

R

毕托管构造原理示意图

CP ：校正系数，一般取 0.98 ～ 1.00 ( 实测 )

流量计标定：校正流量计的过程。 (3) 使用方法

AB

r

pu

2因此，

gR

Cu Pr

)(2 使用时需校正：

1) 测量点速度

问题：如何测平均流速、流量、速度分布

平均流速：放于管中心处，测出 umax ，

层流： 湍流： max5.0 uu max8.0 uu

gR)(2

a ）管口截面： 严格垂直于流体的流动方向；

b ）测量点选择： 在稳定流动段（直管段）， 且前后直管各 50d , 至少 8-12d ；

c ）毕托管直径： 外径不超过管径的 1/50 ；

d ）测量气体时： 压力变化不超过 15% ； 要求气体流速 > 5 m/s ；

e ）压差较小时： 可配合微差压差计使用。

3) 适用条件 大直径管路，流体含固体杂质时不宜采用。

2) 安装

4 ）毕托管的优点：

◇ 　结构简单；

◇ 　使用方便；

◇ 　流体的机械能损失很少。

5 ）毕托管的局限性：

◇ 　测速管较多地用于测量气体流场中某点的速度；

◇ 　测压孔易堵塞。

1.6.2 孔板流量计 (1) 结构及特点 1) 结构

孔板：测量元件； 缩脉：孔板后 1/3 ～ 2/3 d 处。

R

1

2

1

0

0 2

d1S1u1d0S0u0 d2S2u2

孔板流量计

压差计两种取压方式：

缩脉取压：孔板前 1d 孔板后 0.5d 处。

角接取压：孔板前后，并尽量靠近孔板。

工业上，常用角接取压。

2) 特点：节流式流量计 ( 恒截面，变压差 )

(2) 测量原理

在上图所示的 1-1 、 2-2 面间列机械能衡算方程：

22

222

211 upup

若不考虑阻力损失，有：

或

)(2)(2 02121

22

gRppuu

考虑阻力损失，并以孔口流速 u0 代替缩脉处速度 u2 ，则有：

)(2 02

120

gRCuu

又 0011 uSuS

)(2

00

gRCu孔口流速：

01

01 u

S

Su

1

0

0

1S

S

CC

— 流量系数或孔流系数式中：

),,,(1

010 加工取压方式

孔流系数：

d

dRfC e

p

SCgR

SCqV

2)(20000流量：

0.82

0.80

0.78

0.76

0.74

0.72

0.70

0.68

0.66

0.64

0.62

0.60

104 105 1065 5 5

0.600.55

0.450.20

0.65

0.70

0.75

0.80

11Re

ud

孔流系数C0

1

0d

d

流量系数与 Re 之间的关系

65.0~60.0106 04 CRe 时，

5.01

0 d

d工业标准孔板：

(3) 安装要求

1) 稳定段长度：上游 15~40d ，下游 5d 处；

2) 不宜安装在要求阻力很小处 ( 如泵入口 ) 。

(4) 主要优缺点

优点：结构简单，制造、使用方便，造价低；

缺点：永久阻力损失大（实测压差的 75% ）。

1.6.3 文丘里流量计(1) 结构及特点

1) 结构

喉管

2) 特点 节流式流量计 ( 恒截面，变压差 )

21

222

211

22R

upup

pp f %10文丘里管，

21

21 1.0pp

R

因此，

1

221 S

Suu 代入：

(2) 测量原理 列 1-1 及 2-2 面间的机械能方程式：

p

S

Su

)1.01(2])(1[ 2

1

222得：

1

2

1

2

S

S

d

d，则令： 2

p

u

2

1

95.042因此，

gR

Cp

Cu VV

)(222

校正：

)(2

2

gRSCq VV流量：

),(1

22 d

dRfC eV 流量系数：

99.0~97.0105 恒定，约为时， Ve CR

0.80

0.84

0.88

0.92

0.96

1.0

103 104 105 106 1072 5 2 5 2 5 2 5

2

1

2

1 ''''

4’’×2’’

200’’×100’’

文丘里流量计流量系数

(3) 安装要求

稳定段长度：上游 50d ，下游 10d 。

(4) 主要优缺点

优点：永久阻力损失小 ( 实测压差 Δp1-3 的 10%) ；

缺点：造价较高，本身尺寸较长。

计流速足够大，查设 uCR Ve 2 2eRu ，校核按 计

问题：未知流速，如何求 Cv ?

试差法

(5) 孔板流量计和文丘里流量计 1) 只能测平均流速，不能测速度分布； 2) 采用试差法求流量系数 Cv 或 C0 ； 3) 可绘制校正曲线，直接查取压差 - 流量关系。

1.6.4 转子流量计 (1) 结构与特点 1 ）结构 锥形体（锥角约 40 ）；

转子（密度大于流体密度）。

2) 特点： 变截面，恒压差。

22

222

2

211

1

upgz

upgz

列 1-1 及 2-2 间的机械能衡算方程：

)()( 21 ppSgVVgV ffff

(2) 测量原理 原理：转子在流体中受力平衡 对控制体 ( 含转子的圆柱体 ) 作力衡算：

z2

z1

2

1

转子受力分析

221

21 uu

S

Su

玻璃管截面积环隙面积

代入：

f

ff

S

gV

SS

u)(2

)(1

1

2

1

2

2

因此，

f

ffR S

gVCu

)(22

校正：

转子形式）校正系数： ,( eR RfC

98.0104 Re CR 时，当

Ruugzzpp )(2

1)( 2

1221221

(3) 流量计的校正

1) 刻度标准 ( 厂家 ) ：液体 20℃、 水；

气体 20℃、 101325 Pa 的空气。

f

ffRV S

gVSCq

)(22

流量：

.,10 22

4 由刻度直接读流量时， hSqR Ve

2) 条件变化时，校正方法： * 测不同种类流体时， a ）校正密度 同一刻度下，

b ）实验，重新标定刻度 - 流量曲线 ( 常用方法） 　 * 量程不符时， 改变转子 ρf 、 Vf 、 Sf

)(

)(

AfB

BfA

VA

VB

q

q

即：

min,2

max,2

min

max

S

S

q

q

V

V

f

ffRV s

gVsCq

)(22

3) 转子流量计的量程

变化。时，阻力损失不随流量410eR

4) 阻力损失

(5) 使用

1) 用于清洁或腐蚀性流体测量；

2) 玻璃管不耐高温、高压，易碎；

3) 开启时，应缓慢调节流量阀。

1) 必须垂直安装（只能测垂直管中流量）；2) 必须保证转子位于管中心； （转子上刻有斜槽）3) 各种流量计在管路中的安装； 为便于检修，各种流量计均应有旁路。

(4) 安装

1) 优点 阻力损失小，测量范围宽， 流量计前后不需稳定管段。

(6) 转子流量计的优缺点

2) 缺点 不耐高压 ( 小于 0.5 MPa) ， 管道直径有限 ( 小于 50mm) 。

1.6.5 堰(1) 结构

堰板 ---- 具有不同形状的缺口

b

H

α

三角形堰(2) 用途：用于测定明渠中流体的流量。

（ 3 ）流量

5.1)2.0(77.1 HHbqV

对长方形堰口：

式中： b — 堰顶宽度， m ；

H — 堰口高度， m

对三角形堰口：

5.2)(tan42.1 HqV