層流流量計(jì)是什么工作原理？

時(shí)間：2019-10-24 02:10:25 點(diǎn)擊：0 次

基于壓差的流量測(cè)量的一種獨(dú)特形式在本流量測(cè)量一章中應(yīng)有其一章，即層流流量計(jì)。

層流是流體運(yùn)動(dòng)的條件，其中粘性（內(nèi)部流體摩擦）力大大超過(guò)了慣性（動(dòng)能）力。層流狀態(tài)的氣流不顯示湍流，每個(gè)流體分子沿其自己的路徑行進(jìn)，與相鄰分子的混合和碰撞有限。

在層流狀態(tài)下抵抗流體運(yùn)動(dòng)的主要機(jī)制是與管壁的摩擦。通過(guò)低雷諾數(shù)定性地預(yù)測(cè)層流。

由層流中的流體摩擦產(chǎn)生的壓降是可量化的，并用Hagen-Poiseuille方程表示：

其中，

Q =流量

Delta;P=沿管道長(zhǎng)度下降的壓力

D =管道直徑

mu;=流體粘度

L =管道長(zhǎng)度

k =計(jì)量單位的系數(shù)核算

層流流量計(jì)元件通常由一根或多根管子組成，其長(zhǎng)度大大超過(guò)內(nèi)徑，并以產(chǎn)生緩慢移動(dòng)的流速的方式布置。

層流流量計(jì)

這里顯示一個(gè)示例：

流量元件的直徑擴(kuò)大確保了比進(jìn)入和流出元件的管道中的流體速度低。這將雷諾數(shù)減小到流動(dòng)狀態(tài)表現(xiàn)出層流行為的程度。

裝在元件大面積中的大量小直徑管提供了足夠的壁表面積，以使流體的粘度作用于其上，從而形成了從入口到出口的總壓降，該壓降由壓差變送器測(cè)量。該壓降是永久性的（下游壓力無(wú)法恢復(fù)），因?yàn)閴航档臋C(jī)理是摩擦：熱量以熱量的形式完全耗散（損失）。

層流元件的另一種常見形式就是盤繞的毛細(xì)管：長(zhǎng)管，內(nèi)徑很小。這種管的小內(nèi)徑使得壁邊界效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)，從而在寬范圍的流速范圍內(nèi)流態(tài)將保持層流。

當(dāng)然，毛細(xì)管的極具限制性的性質(zhì)將這種流量元件的使用限制為非常低的流量，例如某些分析儀器的采樣網(wǎng)絡(luò)中遇到的流量。

層流流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

層流流量計(jì)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在于其流量與所產(chǎn)生的壓降之間的線性關(guān)系。

它是唯一用于填充管的基于壓力的流量測(cè)量設(shè)備，它具有線性的壓力/流量關(guān)系。

這意味著使用層流流量計(jì)獲得線性流量測(cè)量無(wú)需”平方根”表征。

這種流量計(jì)的最大缺點(diǎn)是其對(duì)流體粘度的依賴性，而流體粘度又受流體溫度的強(qiáng)烈影響。

因此，所有層流流量計(jì)都需要溫度補(bǔ)償才能得出準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，有些甚至使用溫度控制系統(tǒng)來(lái)迫使流體在通過(guò)元件時(shí)保持恒定的溫度。

層流元件在氣動(dòng)儀器中得到了最廣泛的應(yīng)用，其中線性壓力/流量關(guān)系具有很高的優(yōu)勢(shì)（就像儀器氣流的”電阻器”一樣），流體（儀器空氣）的粘度相對(duì)恒定。

例如，氣動(dòng)控制器使用層流限流器作為微分和積分計(jì)算模塊的一部分，限流器的”阻力”和容積室的”電容”的組合形成了一種氣動(dòng)時(shí)間常數(shù)（tau;）網(wǎng)絡(luò)。

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