流動狀態(tài)
流體(氣體和液體)的流動可分為三種形態(tài):湍流、過渡流和層流。
湍流是指流體作雜亂無章的不規(guī)則運動,流線擺動頻率及幅度的變化使得流量很難被精確測量。湍流通常發(fā)生于流速較高和/或管徑較大的管道中。當流體中所含固體顆粒必須保持懸浮狀態(tài)以防止顆粒物沉淀或阻塞管道時,即需要流體處于湍流流動狀態(tài)。
過渡流介于層流和湍流之間,其邊緣部分為層流流動,中間則為湍流流動。與湍流一樣,處于過渡流狀態(tài)的流體流量很難測量。
層流通常發(fā)生在流速較低、管徑較小的管道中。其實,流體在管道中流過,與管道壁接觸的*外層流線由于受粘度的影響根本不運動,與其相鄰的內(nèi)層流線摩擦力則小一些,作*緩慢的流動,以此類推,管道*中間的流線流速*大。
流動的概念
雷諾數(shù)
怎樣來界定湍流、過渡流和層流?科學家Osborne Reynolds發(fā)現(xiàn)流體的流動狀態(tài)與流體的密度、平均速度、管徑大小及流體粘度有關(guān)。該無量綱(沒有單位)系數(shù)有助于預測流動狀態(tài)的變化,簡單來講,雷諾數(shù)可定義為:
密度 × 平均速度 × 管徑 / 粘度
一般雷諾數(shù)小于2000為層流,2000~4000為過渡流,大于4000為湍流。從雷諾數(shù)等式中我們可以看到:粘度不變的情況下,減小密度、平均速度和/或管徑,可使處于湍流流動的流體趨向于層流流動,也可通過保持密度、平均速度和管徑不變的情況下增大流體粘度來實現(xiàn)。反之則可使流體流動更趨向于湍流。
壓損
壓損是指流量通過管道或通道時的壓力損失。如果您往一根長一英里的管道內(nèi)吹氣,在管道另一端可能什么都感覺不到,這就是由于壓損的關(guān)系。流體通過管道時,與管道壁之間產(chǎn)生的摩擦力以及流體本身微粒之間的摩擦力都會造成壓力損失,壓損與流體運動距離近似成正比。
質(zhì)量流量 & 體積流量
質(zhì)量是一個常數(shù),是指一個物體所含物質(zhì)的量的多少。體積是指物體所占空間的多少,物體體積隨壓力、溫度和其它一些因素的變化而變化。對流量來說,當處于室溫且壓力較低的情況下,質(zhì)量流量和體積流量幾乎完全相同,但會隨著溫度和/或壓力改變而產(chǎn)生急劇變化,因為氣體的體積直接受溫度和壓力的影響。 例如:用體積流量為250ml的氦氣填充氣球,在進氣口前端放置一臺時開時關(guān)的燃燒爐用以間歇性加熱管道內(nèi)氣體,由于體積流量計只測量氣體的體積流量,所 以開始的時候所有氣球大小都一樣,但若把這些氣球都搬到室內(nèi)使其維持在一個穩(wěn)定的溫度下,便會呈現(xiàn)出各種不同大小。相反,若用質(zhì)量流量為250ml的氦氣 充滿氣球,那么氣球大小一開始會不同,當溫度趨于穩(wěn)定后,便都會變成一樣大小了。
壓力對體積流量的影響
Alicat 體積流量計(V系列)和體積流量控制器(VC系列)專門設(shè)計用于低壓應(yīng)用。這是因為若要利用利用壓差來精確地測量體積流量,則通過兩端壓力傳感器的流體必須處于層流狀態(tài)。流動狀態(tài)用雷諾數(shù)來量化,若雷諾數(shù)大于某一個數(shù)值則為非層流運動。大多數(shù)Alicat 體積流量設(shè)備都可有效測量管道壓力不超過10~15PSIG的空氣。
一般來講,當管道壓力大于15PSIG時,使用Alicat 的質(zhì)量流量設(shè)備較為合適,因為需要額外的傳感器來補償因密度增大而引起的變化。