流體密度中科大課件

1、第9章 流體密度、溫度測(cè)量9.1 不可壓縮流體密度測(cè)量9.2 可壓縮流體密度場(chǎng)測(cè)量9.3 密度場(chǎng)定量測(cè)量9.4 流體溫度測(cè)量USTCChapter 9 Measurements of Density and Temperature in Fluid Flow9.1 Measurements of density in incompressible fluid9.2 Measurements of density field in compressible fluid9.3 Quantity measurements of density field9.4 Measurements of tem

2、perature in fluidUSTC9.1 不可壓縮流體密度測(cè)量密度計(jì)、稱量法（液體）間接測(cè)量（氣體）USTC如果氣體不滿足上述狀態(tài)方程，什么辦？（比如過(guò)熱蒸汽）9.1 不可壓縮流體密度測(cè)量測(cè)量物體密度的方法 測(cè)量物體密度的方法多種多樣，大致可歸納出以下幾種測(cè)量方法: 測(cè)固體密度 測(cè)液體密度 測(cè)氣體密度USTC一、 測(cè)固體密度 1 稱量法： 器材：天平、量筒、水、金屬塊、細(xì)繩 步驟：（1）用天平稱出金屬塊的質(zhì)量m； （2）往量筒中注入適量水，讀出體積為V1； （3）用細(xì)繩系住金屬塊放入量筒中，浸沒(méi)，讀出體積為V2。 計(jì)算表達(dá)式：=m / (V2-V1) 2 比重杯法： 器材：燒杯、水、金

3、屬塊、天平 步驟：（1）往燒杯裝滿水，放在天平上稱出質(zhì)量為 m1；（2）將金屬塊輕輕放入水中， 溢出部分水，再將燒杯放在天平上稱出質(zhì)量為m2; （ 3）將金屬塊取出，把燒杯放 在天平上稱出燒杯和剩下水的質(zhì)量m3。 計(jì)算表達(dá)式：=水(m2-m3) / (m1-m3) 3 阿基米德定律法： 器材：彈簧秤、金屬塊、水、細(xì)繩 步驟：（1）用細(xì)繩系住金屬塊，用彈簧秤稱出金屬塊的重力G；（ 2）將金屬塊完全浸入 水中，用彈簧秤稱出金屬塊在水中的視重G*。 計(jì)算表達(dá)式：=G水/(G-G*) USTC4 浮力法(一)： 器材：木塊、水、細(xì)針、量筒 步驟：（1）往量筒中注入適量水，讀出體積為V1；（2）將木塊放

4、入水中，漂浮，靜止后 讀出體積 V2；（3）用細(xì)針插入木塊，將木塊完全浸入水中，讀出體積為V3。 計(jì)算表達(dá)式：=水(V2-V1) / (V3-V1) 5 浮力法（二）： 器材：刻度尺、圓筒杯、水、小塑料杯、小石塊 步驟：（1）在圓筒杯內(nèi)放入適量水，再將塑料杯杯口朝上輕輕放入，讓其漂浮，用刻度 尺測(cè)出杯中水的高度h1; （2）將小石塊輕輕放入杯中，漂浮，用刻度尺測(cè)出水的高度 h2; （3）將小石塊從杯中取出，放入水中，下沉，用刻度尺測(cè)出水的高度h3。 計(jì)算表達(dá)式：=水(h2-h1) / (h3-h1) 6 密度計(jì)法：器材：雞蛋、密度計(jì)、水、鹽、玻璃杯 步驟： （1）在玻璃杯中倒入適量水，將雞蛋輕

5、輕放入，雞蛋下沉；（2）往水中逐漸加 鹽，邊加邊用密度計(jì)攪拌，直至雞蛋漂浮，用密度計(jì)測(cè)出鹽水的密度即等到于雞 蛋的密度。USTC一、 測(cè)液體密度 1 稱量法： 器材：燒杯、量筒 、天平、待測(cè)液體 步驟：（1）用天平稱出燒杯的質(zhì)量m1； （2）將待測(cè)液體倒入 燒杯中，測(cè)出總質(zhì)量m2； （3）將燒杯中的液體倒入量筒中，測(cè)出體積V。 計(jì)算表達(dá)：=(m2-m1) / V 2 比重杯法: 器材：燒杯、水、待液體、天平 步驟： （1）用天平稱出燒杯的質(zhì)量m1； （2）往燒杯內(nèi)倒?jié)M水，稱出總質(zhì)量m2； （3）倒去燒杯中的水，往燒杯中倒?jié)M待測(cè)液體，稱出總質(zhì)量m3。 計(jì)算表達(dá)：=水(m3-m1)/(m2-m1)

6、USTC3 阿基米德定律法：器材：彈簧秤、水、待測(cè)液體、小石塊、細(xì)繩子 步驟： （1）用細(xì)繩系住小石塊，用彈簧秤稱出小石塊的重力G； （2）將小塊浸沒(méi)入水中，用彈簧秤稱出小石的視重G1； （3）將小塊浸沒(méi)入待測(cè)液體中，用彈簧秤稱出小石塊的視重G2。 計(jì)算表達(dá)：=水(G-G2) / (G-G1) 4 U形管法：器材：U形管、水、待測(cè)液體、刻度尺 步驟： （1）將適量水倒入U(xiǎn)形管中； （2）將待測(cè)液體從U形管的一個(gè)管口沿壁緩慢注入。 （3）用刻度尺測(cè)出管中水的高度h1,待測(cè)液體的高度h2。計(jì)算表達(dá):=水h1 / h2 (注意:用此種方法的條件是: 待測(cè)液體不溶于水,待測(cè)液體的密度小于水的密度) 5

7、 密度計(jì)法： 器材：密度計(jì)、待測(cè)液體 方法：將密度計(jì)放入待測(cè)液體中，直接讀出密度。USTCPY-05十支組石油標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)USTC序號(hào)測(cè)量范圍g/ml分度值g/ml溫度全長(zhǎng)mm讀數(shù)10.600-0.6500.00052033010下緣20.650-0.7000.00052033010下緣30.700-0.7500.00052033010下緣40.750-0.8000.00052033010下緣50.800-0.8500.00052033010下緣60.850-0.9000.00052033010下緣70.900- 0.9500.00052033010下緣80.950-1.0000.0005203

8、3010下緣91.000-1.0500.00052033010下緣101.050-1.1000.00052033010下緣 KEM生產(chǎn)的DA系列密度計(jì)是利用U型管振蕩原理，通過(guò)測(cè)量樣品的共振頻率來(lái)測(cè)定各種液體樣品的密度。廣泛應(yīng)用于原油及石油產(chǎn)品、化工產(chǎn)品、酒類及軟飲料、食品、食用油、醫(yī)藥產(chǎn)品、電子產(chǎn)品及半導(dǎo)體等行業(yè)。USTCDA系列密度計(jì)USTCDA-100DA-130/130/N 測(cè)定范圍 0 3 g/cm(內(nèi)置式溫度控制)0 2 g/cm (內(nèi)置式溫度控制)測(cè)量精度10-3 g/cm310-3 g/cm3溫度范圍1540040溫度精度0.50.1溫度補(bǔ)償無(wú)有白度顯示無(wú)無(wú)主要特點(diǎn)內(nèi)置溫控器，

9、測(cè)量穩(wěn)定快捷， 測(cè)量單元擁有高精度熱傳感器， 功能齊全，通過(guò)轉(zhuǎn)換可得到濃度。取樣容積和速度完全手工控制， 攜帶輕便，操作簡(jiǎn)單， 粘度高達(dá)2000 mPa.s的粘液均可被采樣，可測(cè)量密度，溫度補(bǔ)償密度，比重，溫度補(bǔ)償比重，Brix %，酒精濃度，硫酸濃度，API度，Baume度，Plato和Proof度等。USTCDA-520DA-510DA-505DA-500 測(cè)定范圍 0 3 g/cm0 3 g/cm0 3 g/cm0 3 g/cm測(cè)量精度210-5 g/cm3 210-5 g/cm3510-5 g/cm310-4 g/cm3重現(xiàn)性(SD ) 510-6 g/cm3510-6 g/cm311

10、0-5 g/cm3510-5 g/cm3溫度范圍470470490490溫度精度0.020.020.030.05粘度補(bǔ)償有-有-溫度補(bǔ)償有有有有白度顯示有有有有自動(dòng)粘度修正功能（DA-520、DA-505N），PC卡擴(kuò)展內(nèi)存，標(biāo)準(zhǔn)RS-232C接口，大液晶顯示屏：24064液晶，帶背光，內(nèi)置清洗泵和溫控， Brix濃度，酒精濃度轉(zhuǎn)化和原油產(chǎn)品轉(zhuǎn)化表，可與折光儀聯(lián)機(jī)，可同時(shí)獲得密度和折光率，SOFT-CAPE采集軟件，MS-EXCEL和 CSV格式。 DMA4500密度計(jì)主要特點(diǎn) 采用內(nèi)置帕爾貼恒溫裝置； 樣品可以通過(guò)全自動(dòng)進(jìn)樣器SP3M或SH3實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)樣或自動(dòng)清洗； 每次測(cè)量?jī)H需5ml左右的

11、樣品； 同時(shí)可測(cè)量密度及折光指數(shù)； DMA4500密度計(jì)示屏上可同時(shí)顯示密度及折光兩個(gè)參數(shù)，并可貯存 或通過(guò)打印機(jī)打印出來(lái)； 儀器通過(guò)自動(dòng)進(jìn)樣器可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)進(jìn)樣，清洗及吹干； 儀器設(shè)計(jì)緊湊，幾乎無(wú)需維修保養(yǎng)。USTC技術(shù)參數(shù) 測(cè)量范圍： 0 3 g/cm3 準(zhǔn)確度： 5 x 10-5 g/cm3 重復(fù)性/精度： 1 x 10-5 g/cm3 溫度準(zhǔn)確度： 0.03 測(cè)量時(shí)間： 1 分鐘 15 - 30 秒儀器介紹 奧地利AntonPaar（安東帕）公司于1968年發(fā)明首創(chuàng)的振蕩管原理的數(shù)字式密度計(jì)，可快速準(zhǔn)確的測(cè)量液體密度以及與密度相關(guān)的濃度，廣泛應(yīng)用于石化，制藥，日化，商檢，及飲料等領(lǐng)域。并

12、且新型產(chǎn)品可與電腦打印機(jī)及折光儀聯(lián)機(jī)，實(shí)現(xiàn)更為全面及強(qiáng)大的功能應(yīng)用。廣泛應(yīng)用于全球各大啤酒、飲料、化工及石化行業(yè)的生產(chǎn)線上。USTC數(shù)字式密度計(jì)DMA4500 技術(shù)參數(shù) 測(cè)量范圍: 0-3 g/cm3 準(zhǔn)確度： 密度 5x10-5 g/cm3；溫度 0.03重現(xiàn)性sd. 密度 1x10-5 g/cm3；溫度 0.01溫度范圍: 0-90，可根據(jù)要求提供更大控溫范圍 壓力范圍: 0-10 bars (0 to 150 psi) 最少樣品量：Approx. 1 ml 樣品接觸材質(zhì): PTFE, borosilicate glass 通常樣品測(cè)量時(shí)間: Approx. 30 seconds； 使用自

13、動(dòng)進(jìn)樣器: 10-30 per hourUSTC主要特點(diǎn) 內(nèi)置參考測(cè)量池（專利技術(shù)）可避免系統(tǒng)漂移并縮短測(cè)量時(shí)間，在090 溫度范圍只需進(jìn)行一次校正 內(nèi)置恒溫及溫度感應(yīng)器無(wú)需外接控溫裝置，其內(nèi)置溫度感應(yīng)器可校正并溯源到多個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 全范圍粘度自動(dòng)修正無(wú)需配置粘度標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試結(jié)果可同時(shí)顯示修正值及非修正值 USTC數(shù)字式密度計(jì)型號(hào)有： DMA35N便攜式密度計(jì)-適用于電池工業(yè)，石化，日化等； DMA38-適用于石油化工，制藥等； DMA4500/RXA170全自動(dòng)密度計(jì)折光率儀-適用于香精香料，日化，煙草； DMA4500-適用于石油，化工，飲料，日用化工等； DMA5000-適用于啤酒，血液研究

14、，核工業(yè)等； DMA5000-適用于啤酒，血液研究，核工業(yè)等； 密度/折光聯(lián)用儀型號(hào)有： DMA4500/RXA156，DMA4500/RXA170-適用于香精香料、煙草、航空燃油等； 運(yùn)動(dòng)粘度/密度計(jì)型號(hào)： SVM3000-適用于石油、化工及高分子等行業(yè)； 落球式粘度計(jì)型號(hào)： AMVn-適用于油墨、液晶、麥芽等行業(yè)； 在線密度/濃度計(jì)型號(hào)： DPRn/SPRn/DSRn-適用于飲料、啤酒、化工等行業(yè)；USTCH-BD5DS1741手持式液體密度計(jì)測(cè)試范圍：0-3.00000 g/cc; 準(zhǔn)確度： 1% R; 重復(fù)精度： 0.1% R; 介質(zhì)最高溫度: 120 DS1741采用平面縱波行波聲阻

15、抗率測(cè)試技術(shù)測(cè)試密度。密度與聲阻抗成正比。 適用于所有牛頓流體和大部分非牛頓流體。USTCU型管振蕩原理 A long vertical U-tube of constant cross-sectional area A has both ends open to the atmosphere and contains liquid of density . The liquid fills each leg to a height h. If the liquid is given a small displacement and released, what is the form of

16、the equation for the period of the resulting oscillatory motion? Neglect friction. USTCllh第一種方法：量綱分析法分析：重力是引起液體柱振蕩的恢復(fù)力。液柱振蕩的周期T 依賴于重力加速度g 和液柱的質(zhì)量。（1）寫出決定現(xiàn)象的物理量和量綱（SI制）（2）寫出量綱矩陣USTC（3）確定重復(fù)變量并檢查子行列式（線性無(wú)關(guān)） 選擇 ，g, h（4）求相似參數(shù)USTCllh第二種方法：振動(dòng)分析分析：重力是引起液體柱振蕩的恢復(fù)力。液柱振蕩的頻率 ,液柱的質(zhì)量m。第三種方法：非定常伯努利方程.Oscillating U-tu

17、be principle:The oscillating U-tube density meter is based on the principle of a U-tube which has a resonant frequency that is inversely proportional to the square root of its mass. The volume of the tube is given; the density of the liquid sample filled into the U-tube is calculated from its resona

18、nt frequency. ?9.2 可壓縮流體密度場(chǎng)測(cè)量1 密度和折射率關(guān)系2 光線通過(guò)折射率場(chǎng)時(shí)發(fā)生彎曲3 陰影儀4 紋影儀USTC9.2 可壓縮流體密度場(chǎng)測(cè)量1 密度和折射率關(guān)系 光線透過(guò)不均勻的折射率場(chǎng)時(shí)，一般會(huì)發(fā)生以下兩種類型的變化： (1)光線傳播偏離原來(lái)的方向； (2)擾動(dòng)光線相對(duì)未擾動(dòng)光線發(fā)生位相差。USTC9.2 可壓縮流體密度場(chǎng)測(cè)量1 密度和折射率關(guān)系 USTC這個(gè)公式如何得到的？適用范圍？9.2 可壓縮流體密度場(chǎng)測(cè)量1 密度和折射率關(guān)系 Glasdtone-Dale公式只適用于中低溫氣體。 對(duì)混合氣體USTC9.2 可壓縮流體密度場(chǎng)測(cè)量2 光線通過(guò)折射率場(chǎng)時(shí)發(fā)生彎曲 US

19、TC121212USTCXYABCDdREdsdRO(ds)密度增大方向rarbUSTC光束ra的光速為C，光束rb的光速為C+dC。 dt 時(shí)間內(nèi)光束ra走了dS 距離，光束rb比光束ra 多走了(dS) 距離。9.2 可壓縮流體密度場(chǎng)測(cè)量2 光線通過(guò)折射率場(chǎng)時(shí)發(fā)生彎曲 光線在變密度場(chǎng)中傳播時(shí)將發(fā)生彎曲，光線向密度增加的方向偏轉(zhuǎn)。 光線彎曲的曲率1/R正比于沿光線傳播路徑法線方向的密度變化 d /dR。 USTC9.2 可壓縮流體密度場(chǎng)測(cè)量2 光線通過(guò)折射率場(chǎng)時(shí)發(fā)生彎曲 USTCQ*Q入射光線未擾動(dòng)光線擾動(dòng)光線9.2 可壓縮流體密度場(chǎng)測(cè)量USTCQ*Qablxy9.2 可壓縮流體密度場(chǎng)測(cè)量U

20、STC3 陰影儀（Shadowngraphy）lxyL9.2 可壓縮流體密度場(chǎng)測(cè)量USTC3 陰影儀（Shadowngraphy）dxL xL (x+ x)dyL yL (y+ y)9.2 可壓縮流體密度場(chǎng)測(cè)量USTC3 陰影儀（Shadowngraphy）陰影儀顯示了密度的二階導(dǎo)數(shù)。USTC陰影圖USTC陰影圖9.2 可壓縮流體密度場(chǎng)測(cè)量USTC3 紋影儀（Schlieren）M1M2KPhL2L1Sf 29.2 可壓縮流體密度場(chǎng)測(cè)量USTC3 紋影儀（Schlieren）yf 2K9.2 可壓縮流體密度場(chǎng)測(cè)量USTC3 紋影儀（Schlieren）hh9.2 可壓縮流體密度場(chǎng)測(cè)量USTC3 紋影儀（Schlieren）紋影儀顯示了垂直于刀口方向的密度一階導(dǎo)數(shù)。9.2 可壓縮流體密度場(chǎng)測(cè)量USTC3 紋影儀（Schlieren）3 紋影儀（Schlieren）MUSTC9.2 可壓縮流體密度場(chǎng)測(cè)量箭頭表示密度增大方向9.3 密度場(chǎng)定量測(cè)量USTCMach-Zeder干涉儀相干條件 （1）頻率相同、偏振方向相同、有固定的位相差 的兩光波。 （2）兩光