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流体原理
发布时间:2015-07-14   点击次数:764次

流动状态
流体(气体和液体)的流动可分为三种形态:湍流、过渡流和层流。
 
湍流是指流体作杂乱无章的不规则运动,流线摆动频率及幅度的变化使得流量很难被测量。湍流通常发生于流速较高和/或管径较大的管道中。当流体中所含固体颗粒必须保持悬浮状态以防止颗粒物沉淀或阻塞管道时,即需要流体处于湍流流动状态。
过渡流介于层流和湍流之间,其边缘部分为层流流动,中间则为湍流流动。与湍流一样,处于过渡流状态的流体流量很难测量。 
层流通常发生在流速较低、管径较小的管道中。其实,流体在管道中流过,与管道壁接触的外层流线由于受粘度的影响根本不运动,与其相邻的内层流线摩擦力则小一些,作缓慢的流动,以此类推,管道中间的流线流速大。 
 
流动的概念
雷诺数
怎样来界定湍流、过渡流和层流?科学家Osborne Reynolds发现流体的流动状态与流体的密度、平均速度、管径大小及流体粘度有关。该无量纲(没有单位)系数有助于预测流动状态的变化,简单来讲,雷诺数可定义为:
密度 × 平均速度 × 管径 / 粘度
一般雷诺数小于2000为层流,2000~4000为过渡流,大于4000为湍流。从雷诺数等式中我们可以看到:粘度不变的情况下,减小密度、平均速度和/或管径,可使处于湍流流动的流体趋向于层流流动,也可通过保持密度、平均速度和管径不变的情况下增大流体粘度来实现。反之则可使流体流动更趋向于湍流。
压损
压损是指流量通过管道或通道时的压力损失。如果您往一根长一英里的管道内吹气,在管道另一端可能什么都感觉不到,这就是由于压损的关系。流体通过管道时,与管道壁之间产生的摩擦力以及流体本身微粒之间的摩擦力都会造成压力损失,压损与流体运动距离近似成正比。
质量流量 & 体积流量
质量是一个常数,是指一个物体所含物质的量的多少。体积是指物体所占空间的多少,物体体积随压力、温度和其它一些因素的变化而变化。对流量来说,当处于室温且压力较低的情况下,质量流量和体积流量几乎完全相同,但会随着温度和/或压力改变而产生急剧变化,因为气体的体积直接受温度和压力的影响。 例如:用体积流量为250ml的氦气填充气球,在进气口前端放置一台时开时关的燃烧炉用以间歇性加热管道内气体,由于体积流量计只测量气体的体积流量,所 以开始的时候所有气球大小都一样,但若把这些气球都搬到室内使其维持在一个稳定的温度下,便会呈现出各种不同大小。相反,若用质量流量为250ml的氦气 充满气球,那么气球大小一开始会不同,当温度趋于稳定后,便都会变成一样大小了。
压力对体积流量的影响
Alicat 体积流量计(V系列)和体积流量控制器(VC系列)专门设计用于低压应用。这是因为若要利用利用压差来地测量体积流量,则通过两端压力传感器的流体必须处于层流状态。流动状态用雷诺数来量化,若雷诺数大于某一个数值则为非层流运动。大多数Alicat 体积流量设备都可有效测量管道压力不超过10~15PSIG的空气。
一般来讲,当管道压力大于15PSIG时,使用Alicat 的质量流量设备较为合适,因为需要额外的传感器来补偿因密度增大而引起的变化。

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