空氣流動(dòng)的流體力學(xué)原理-壓強(qiáng)、流速和流量的測(cè)定

畢托管的結(jié)構(gòu)及使用方法一、畢托管的結(jié)構(gòu)畢托管是感受和傳遞壓力的儀器，普通畢托管的構(gòu)造如圖所示：注：此處如果能夠根據(jù)說課稿文字描述制作成相應(yīng)動(dòng)畫，或者以箭頭的形式表示空氣的走向，最好。二、畢托管的使用方法1.位置要求測(cè)量過程中，將畢托管如圖放置，要求如下：（1）測(cè)壓端迎著空氣流動(dòng)的方向，同時(shí)與管道的軸線平行；（2）畢托管的延長(zhǎng)部分要求與管道截面通過圓心的徑向直徑相重合。畢托管二、畢托管的使用方法2.連接方法（1）測(cè)量全壓和靜壓：將U型壓力計(jì)的一端分別與畢托管的靜壓端和全壓端用橡膠管連接，即可測(cè)得管道中的靜壓和全壓。H靜H全二、畢托管的使用方法2.連接方法（2）測(cè)量動(dòng)壓：將U型壓力計(jì)的兩端分別與畢托管的靜壓端和全壓端用橡膠管連接，即可測(cè)得管道中的動(dòng)壓。H動(dòng)二、畢托管的使用方法3.壓力正負(fù)判斷方法（1）全壓和靜壓：與測(cè)量頭連接的U型壓力計(jì)玻璃管中的液面高為負(fù)值，否則為正值。負(fù)值正值二、畢托管的使用方法3.壓力正負(fù)判斷方法（2）動(dòng)壓：與全壓頭連接的U型壓力計(jì)玻璃管中的液面低為正值，否則為負(fù)值。特別提醒：測(cè)量時(shí)動(dòng)壓應(yīng)該都為正值，但是在極個(gè)別的情況下，如氣流不穩(wěn)定等情況下，可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)值，計(jì)算時(shí)按0處理，但測(cè)量次數(shù)需要計(jì)入。正值二、畢托管的使用方法

次數(shù)1234動(dòng)壓值（Pa）500400300-20任務(wù)五壓強(qiáng)、流速和流量的測(cè)定流動(dòng)阻力和能量損失流動(dòng)阻力：由于空氣本身的黏性和慣性以及和管道內(nèi)壁的摩擦粘滯和變形管的擾動(dòng)作用，產(chǎn)生阻礙空氣向前流動(dòng)的作用力，即流動(dòng)阻力。能量損失：是指克服由于空氣黏性等流動(dòng)阻力而損失的空氣的能量。

根據(jù)流體流動(dòng)的邊界條件變化，流動(dòng)阻力分為沿程摩擦阻力和局部阻力兩種。沿程摩阻：空氣在直長(zhǎng)管道中流動(dòng)時(shí)，流速恒定不變，流動(dòng)阻力只有沿程不變的切應(yīng)力，即稱為沿程摩擦阻力，簡(jiǎn)稱沿程摩阻。

注：空氣在直長(zhǎng)管道中流動(dòng)克服沿程摩擦阻力損失的能量，稱為沿程摩擦能量損失，簡(jiǎn)稱沿程損失。一、基本概念一、壓強(qiáng)的測(cè)定測(cè)壓計(jì)：測(cè)量壓強(qiáng)的儀表，統(tǒng)稱為測(cè)壓計(jì)。

金屬式壓強(qiáng)表：測(cè)量的壓力較高

液柱式測(cè)壓計(jì)：測(cè)量的壓力較低1、U型管壓力計(jì)U形管液柱壓力計(jì)又稱U形壓力計(jì)，U形管二側(cè)指示液所在的刻度，相加后即可得到二側(cè)液柱的高度差。U型壓力計(jì)的使用方法※注意事項(xiàng)：1、使用時(shí)，U形玻璃管應(yīng)垂直放置，兩管中指示液體置于刻度零點(diǎn)。2、軟管連接應(yīng)可靠，不漏氣；3、讀數(shù)時(shí)眼睛視線應(yīng)于液面保持水平；4、所測(cè)壓力小于20mmH2O時(shí)不宜采用U型壓力計(jì)，以免誤差太大。測(cè)量管道中某點(diǎn)的表壓時(shí)，只需將U形管的一端用軟管與測(cè)壓點(diǎn)處的測(cè)壓管相接，另一端由于與大氣相通，所以讀取的兩側(cè)液柱差Δh即為管道內(nèi)相對(duì)于大氣壓力的表壓值。如指示液為水，測(cè)得的高度以毫米計(jì)，則所示壓力單位即為常用的毫米水柱。一、壓強(qiáng)的測(cè)定

2、傾斜式微壓計(jì)

當(dāng)測(cè)量的壓強(qiáng)數(shù)值比較小、用U形管壓力計(jì)不容易精確讀出時(shí)，一般采用傾斜式微壓計(jì)。

一般傾斜微壓計(jì)都刻有對(duì)應(yīng)一定傾斜角度的k值，一般由0.2、0.3、0.4、0.6、0.8五檔.

測(cè)量數(shù)值=k×L一、壓強(qiáng)的測(cè)定

3、畢托管

畢托管是感受和傳遞壓強(qiáng)的儀器，是根據(jù)流體的能量方程發(fā)明的，它與U型管壓力計(jì)或傾斜式壓力計(jì)用橡膠管連接使用，可以用來(lái)測(cè)定全壓、靜壓和動(dòng)壓。一、壓強(qiáng)的測(cè)定

3、畢托管畢托管的外形有很多種，如有錐形頭、圓形頭、橢圓桿、圓形桿等，它們的靜壓孔開設(shè)位置各不相同，但原理相同。

需要注意的是，畢托管應(yīng)放置在氣流流動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定的地區(qū)，即遠(yuǎn)離彎頭、三通、閥門等管件的直長(zhǎng)風(fēng)管部分，以避免渦流對(duì)測(cè)量精度所帶來(lái)的影響。二、流速、流量的測(cè)定一、選擇合適的測(cè)試截面測(cè)點(diǎn)應(yīng)離開設(shè)備足夠距離，且在直長(zhǎng)管道部分。通常，離上游管件的距離應(yīng)大于4-5倍的管道直徑，離下游管件的距離應(yīng)大于2倍管徑。若風(fēng)管的直長(zhǎng)部分較短，測(cè)點(diǎn)則應(yīng)偏近氣流下游方向的管件。二、流速、流量的測(cè)定二、合理確定截面上的測(cè)點(diǎn)對(duì)于圓形截面管道，如圖所示，可將其劃分成幾個(gè)等面積的同心圓環(huán)，測(cè)點(diǎn)則定于等到分圓環(huán)截面的中心線與管直徑的交點(diǎn)處，令各點(diǎn)劃線相對(duì)圓心的距離為r1，管道半徑為R，圓截面積為A，則有：二、流速、流量的測(cè)定圓形風(fēng)管測(cè)點(diǎn)距管壁距離（R為管道半徑）管徑/mm130130-200200-450450-650環(huán)數(shù)1234測(cè)點(diǎn)數(shù)2468測(cè)點(diǎn)序號(hào)10.2930.1340.0860.06420.7070.50.2930.21031.50.5910.38841.8661.4090.64651.7071.35461.9141.61271.79081.936二、流速、流量的測(cè)定三、數(shù)據(jù)處理根據(jù)上述方法得到的幾個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)值后，則可按下列公式求得平均數(shù)：在測(cè)定動(dòng)壓時(shí)，有時(shí)會(huì)碰到某些測(cè)點(diǎn)的讀數(shù)出現(xiàn)零值或負(fù)值的情況，這是由于氣流很不穩(wěn)定而出現(xiàn)旋渦所產(chǎn)生的。在上式計(jì)算平均動(dòng)壓時(shí)，應(yīng)將負(fù)值當(dāng)作零計(jì)算，測(cè)點(diǎn)數(shù)n仍包括該測(cè)點(diǎn)在內(nèi)。二、流速、流量的測(cè)定習(xí)題講解：7、計(jì)算1200m高空大氣的空氣重度（假設(shè)空氣等溫變化）

解釋：

大氣壓力：海拔高度每升高1000

m，相對(duì)大氣壓力大約降低12%；

大氣溫度：空氣溫度在一般情況下，海拔高度每升高1000

m，溫度會(huì)降低5

℃。

所以：1200m的大氣壓力為（1-14.4%）*10336kg/m2

1200m的溫度為20-6=14℃

然后根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算就可以了。

二、流速、流量的測(cè)定習(xí)題講解：8、某水池表面為一個(gè)工程大氣壓，水池底面上的壓強(qiáng)為3kg/cm2，計(jì)算水的深度。

解釋：

水池底面上的壓強(qiáng)=大氣壓+水的壓強(qiáng)

一個(gè)工程大氣壓=10000mm水柱

水池底面壓強(qiáng)=3kg/cm2=30000mm水柱

水的壓強(qiáng)=30000-10000=20000mm水柱

水的高度=20米二、流速、流量的測(cè)定習(xí)題講解：9、通風(fēng)管道某有效斷面的平均動(dòng)壓為18*9.81帕，計(jì)算平均速度。如果管道直徑為150mm，計(jì)算管道風(fēng)量。

解釋：

二、流速、流量的測(cè)定習(xí)題講解：10、在一水平管道中，截面積3平方厘米處的靜壓為400g/cm2，截面積2cm處的靜壓為280g/cm2，兩截面間的能量損失是100g/cm2，分別計(jì)算兩截面的流速和流量。

解釋：

求流速和流量，思考？速度和流量一般怎么計(jì)算？

速度需要知道動(dòng)壓——現(xiàn)在只有靜壓和損失，考慮能量方程。H1+D1=H2+D2+損失，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一個(gè)式子，兩個(gè)未知數(shù)，思考？?jī)山孛嬷g的動(dòng)壓有什么關(guān)系？——連續(xù)性方程。

管道風(fēng)速和風(fēng)量的測(cè)定一、測(cè)定所需儀器風(fēng)速和風(fēng)量測(cè)定一般用到以下儀器設(shè)備：1.畢托管2.U型壓力計(jì)3.橡膠管4.卷尺或鋼尺5.膠帶6.記號(hào)筆二、測(cè)定步驟1.確定測(cè)定截面和測(cè)點(diǎn)；2.在畢托管上標(biāo)注測(cè)點(diǎn)位置；3.準(zhǔn)備U型壓力計(jì)；4.逐點(diǎn)測(cè)定動(dòng)壓；5.記錄數(shù)值與計(jì)算二、測(cè)定步驟1.確定測(cè)定截面和測(cè)點(diǎn)（1）用卷尺或鋼尺測(cè)量管道直徑；（2）根據(jù)下表確定環(huán)數(shù)和測(cè)點(diǎn)。2.在畢托管上標(biāo)注測(cè)點(diǎn)先在畢托管上找出圓心，然后以圓心為基點(diǎn)分別標(biāo)注測(cè)點(diǎn)。管徑/mm130130-200200-450450-650環(huán)數(shù)1234測(cè)點(diǎn)序號(hào)10.707R0.5R0.409R0.354R20.707R0.5R0.409R0.354R30.866R0.707R0.612R40.866R0.707R0.612R50.914R0.790R60.914R0.790R70.936R80.936R二、測(cè)定步驟3.準(zhǔn)備U型壓力計(jì)向U型壓力計(jì)玻璃管內(nèi)加注蒸餾水，調(diào)節(jié)液面至零刻度或整數(shù)刻度位置?！⒁馐马?xiàng)：（1）使用時(shí)，U形玻璃管應(yīng)垂直放置，兩管中指示液體置于刻度零點(diǎn)。（2）軟管連接應(yīng)可靠，不漏氣；（3）讀數(shù)時(shí)眼睛視線應(yīng)于液面保持水平；（4）所測(cè)壓力小于20mmH2O時(shí)不宜采用U型壓力計(jì)，以免誤差太大。二、測(cè)定步驟4.逐點(diǎn)測(cè)定動(dòng)壓※注意事項(xiàng)：（1）畢托管的測(cè)壓端與管道軸線平行，延長(zhǎng)部分與管道截面通過圓心的徑向直徑相重合；（2）U型壓力計(jì)保持垂直，讀數(shù)準(zhǔn)確；（3）注意判斷測(cè)量數(shù)值的正負(fù)；（4）數(shù)據(jù)記錄準(zhǔn)確。三、數(shù)據(jù)處理

管網(wǎng)特性曲線與風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)一、管網(wǎng)的組成管網(wǎng)：就是直長(zhǎng)管道和局部構(gòu)件所連接所組成的系統(tǒng)。1.直長(zhǎng)管道：一般為圓形管道，也有因現(xiàn)場(chǎng)條件或工藝要求部分采用矩形管道。2.局部構(gòu)件：局部構(gòu)件在管網(wǎng)中主要起連接作用，連接直長(zhǎng)管段或設(shè)備，有的還起著改變流動(dòng)方向、調(diào)節(jié)風(fēng)量等作用。（1）變形管：如方變圓、圓變方等；（2）變徑管：如錐形管等；（3）節(jié)流閥：如插板閥、蝶閥等；（4）除塵設(shè)備：如除塵器、產(chǎn)塵設(shè)備等；（5）其它構(gòu)件：如彎頭、三通、風(fēng)帽等。注：制作視頻或微課時(shí)，盡量在說到這些地方的時(shí)候插入相應(yīng)的圖片，可以設(shè)置文字逐步進(jìn)入的效果，然后配相應(yīng)的圖片二、管網(wǎng)特性曲線管網(wǎng)的特性曲線：將管網(wǎng)的總阻力∑H與通過管網(wǎng)的總風(fēng)量Q的變化關(guān)系繪成的曲線稱為管網(wǎng)特性曲線。表示為：∑H=KQ2其中：K—管網(wǎng)阻力系數(shù)當(dāng)管網(wǎng)制造安裝完畢、尺寸結(jié)構(gòu)一定時(shí)，K就是一個(gè)定值，當(dāng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)改變時(shí)，K也隨之改變。K值表征了管網(wǎng)的阻力特性，因此稱為管網(wǎng)阻力系數(shù)。二、管網(wǎng)特性曲線將式子∑H=KQ2在坐標(biāo)圖上用圖形表示出來(lái)，即管網(wǎng)特性曲線。R1RH=KQ2R2QPH二、管網(wǎng)特性曲線管網(wǎng)的特性曲線的規(guī)律：當(dāng)風(fēng)量為零時(shí)，風(fēng)網(wǎng)的總阻力為零；當(dāng)風(fēng)量增加時(shí)，風(fēng)網(wǎng)總阻力與風(fēng)量的平方成正比。管網(wǎng)阻力系數(shù)K值越大曲線越陡，即管網(wǎng)的阻力比較大；K值越小曲線越平坦，即管網(wǎng)的阻力比較小。三、離心式通風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)離心式通風(fēng)機(jī)可以在不同的壓力和風(fēng)量下工作，那么將某一臺(tái)特定的風(fēng)機(jī)安裝到特定的風(fēng)網(wǎng)中，風(fēng)機(jī)是在什么樣的狀態(tài)下工作？離心通風(fēng)機(jī)安裝在特定的風(fēng)網(wǎng)中有以下規(guī)律：

1.風(fēng)機(jī)的風(fēng)量等于風(fēng)網(wǎng)中的風(fēng)量；

2.通風(fēng)機(jī)的壓力等于風(fēng)網(wǎng)的阻力。在實(shí)際的工作中，風(fēng)機(jī)在某一特定的風(fēng)網(wǎng)中的工作點(diǎn)，就是將風(fēng)機(jī)的性能曲線和風(fēng)網(wǎng)的特性曲線畫在同一個(gè)坐標(biāo)圖上，兩條曲線的交點(diǎn)。二、離心式通風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)

風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)是選擇風(fēng)機(jī)的理論依據(jù)。同一臺(tái)風(fēng)機(jī)安裝在不同的管道中，其全壓、風(fēng)量不同，因而效率、所需電動(dòng)機(jī)功率也不同。

實(shí)際工作中，需要考慮到風(fēng)機(jī)運(yùn)行的安全性和可靠性，所以實(shí)際管網(wǎng)的總阻力和總風(fēng)量，要在計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上在增加0~20%的余量。R1R2RH=KQ2AA1A2PA(HA)QAQPH圓形管道壓力測(cè)定截面及測(cè)點(diǎn)選擇局部構(gòu)件對(duì)管道流態(tài)的影響注：此處最好添加一個(gè)管道液體流動(dòng)的動(dòng)畫，要求：水流流過彎頭后直至約5倍管道直徑長(zhǎng)度處的水流由很不穩(wěn)定逐漸變緩，隨后穩(wěn)定流動(dòng)，水流快流動(dòng)至彎頭前約2倍管道直徑長(zhǎng)度處，水流開始波動(dòng)，不穩(wěn)定，越靠近彎頭，水流波動(dòng)越大！一、壓力測(cè)定截面的選擇遵循如下原則：1.測(cè)點(diǎn)應(yīng)離開設(shè)備或局部構(gòu)件足夠距離；2.測(cè)定應(yīng)選擇在直長(zhǎng)管道部分。3.離上游管件的距離應(yīng)大于4-5倍的管道直徑；4.離下游管件的距離應(yīng)大于2倍管徑；5.若風(fēng)管的直長(zhǎng)部分較短，測(cè)點(diǎn)則應(yīng)偏近氣流下游方向的管件。一、壓力測(cè)定截面的選擇例：如下圖所示，管道直徑D=400mm，請(qǐng)確定可進(jìn)行壓力測(cè)定的截面范圍。AOBO’400×5=2000mm400×2=800mm測(cè)量截面選擇區(qū)域一、壓力測(cè)定截面的選擇特例：如下圖所示，管道直徑D=400mm，試確定可進(jìn)行壓力測(cè)定的截面范圍。截面：可按照比例分配，但盡量靠近下游一端。AOBO’400×5=2000mm400×2=800mm重合二、確定測(cè)點(diǎn)位置對(duì)于圓形截面管道，由于空氣存在黏性，空氣流動(dòng)受到管道壁的影響，導(dǎo)致管道截面的壓力、流速在不同的位置不同。二、確定測(cè)點(diǎn)位置測(cè)點(diǎn)選擇遵循如下原則：1.根據(jù)管道直徑的大小，劃分成數(shù)量不同的等面積的圓環(huán)；2.測(cè)點(diǎn)位置是將各等面積圓環(huán)再次等分的圓環(huán)線與截面直徑的交點(diǎn)；3.同心圓環(huán)的數(shù)量與管道直徑有關(guān)，直徑越大，圓環(huán)數(shù)量要求越多。例如：圓環(huán)面積圓截面AA’BB’管徑/mm130130-200200-450450-65