流動(dòng)狀態(tài)
流體(氣體和液體)的流動(dòng)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(yùn)動(dòng),流線擺動(dòng)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(dāng)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(shí),即需要流體處于湍流流動(dòng)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(dòng),中間則為湍流流動(dòng)。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(shí),流體在管道中流過,與管道壁接觸的最外層流線由于受粘度的影響根本不運(yùn)動(dòng),與其相鄰的內(nèi)層流線摩擦力則小一些,作最緩慢的流動(dòng),以此類推,管道最中間的流線流速最大。
流動(dòng)的概念
雷諾數(shù)
怎樣來界定湍流、過渡流和層流?科學(xué)家Osborne Reynolds發(fā)現(xiàn)流體的流動(dòng)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(yù)測流動(dòng)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(dòng)的流體趨向于層流流動(dòng),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(shí)現(xiàn)。反之則可使流體流動(dòng)更趨向于湍流。
壓損
壓損是指流量通過管道或通道時(shí)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(shí),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(huì)造成壓力損失,壓損與流體運(yùn)動(dòng)距離近似成正比。
質(zhì)量流量 & 體積流量
質(zhì)量是一個(gè)常數(shù),是指一個(gè)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(duì)流量來說,當(dāng)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(huì)隨著溫度和/或壓力改變而產(chǎn)生急劇變化,因?yàn)闅怏w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(jìn)氣口前端放置一臺(tái)時(shí)開時(shí)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(jì)只測量氣體的體積流量,所 以開始的時(shí)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(gè)穩(wěn)定的溫度下,便會(huì)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(huì)不同,當(dāng)溫度趨于穩(wěn)定后,便都會(huì)變成一樣大小了。
壓力對(duì)體積流量的影響
Alicat 體積流量計(jì)(V系列)和體積流量控制器(VC系列)專門設(shè)計(jì)用于低壓應(yīng)用。這是因?yàn)槿粢美脡翰顏砭_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(dòng)狀態(tài)用雷諾數(shù)來量化,若雷諾數(shù)大于某一個(gè)數(shù)值則為非層流運(yùn)動(dòng)。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(dāng)管道壓力大于15PSIG時(shí),使用Alicat 的質(zhì)量流量設(shè)備較為合適,因?yàn)樾枰~外的傳感器來補(bǔ)償因密度增大而引起的變化。