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流量計(jì)算公式大全
2016-01-26
（1）差壓式流量計(jì)
差壓式流量計(jì)是以伯努利方程和流體連續(xù)性方程為依據(jù)，根據(jù)節(jié)流原理，當(dāng)流體流經(jīng)節(jié)流件時(shí)（如標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長(zhǎng)徑噴嘴、經(jīng)典文丘利嘴、文丘利噴嘴等），在其前后產(chǎn)生壓差，此差壓值與該流量的平方成正比。在差壓式流量計(jì)儀表 中，因標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置差壓流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、研究最充分、已標(biāo)準(zhǔn)化而得到最廣泛的應(yīng)用。孔板流量計(jì)理論流量計(jì)算公式為：
式中，qf為工況下的體積流量，m3/s；c為流出系數(shù)，無量鋼；β=d/D，無量鋼；d為工況下孔板內(nèi)徑，mm；D為工況下上游管道內(nèi)徑，mm；ε為可膨脹系數(shù)，無量鋼；Δp為孔板前后的差壓值，Pa；ρ1為工況下流體的密度，kg/m3。
對(duì)于天然氣而言，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣積流量的實(shí)用計(jì)算公式為：
式中，qn為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣體積流量，m3/s；As為秒計(jì)量系數(shù)，視采用計(jì)量單位而定，此式As=3.1794×10-6；c為流出系數(shù)；E為漸近速度系數(shù)；d為工況下孔板內(nèi)徑，mm；FG為相對(duì)密度系數(shù)，ε為可膨脹系數(shù)；FZ為超壓縮因子；FT為流動(dòng)濕度系數(shù)；p1為孔板上游側(cè)取壓孔氣流絕對(duì)靜壓，MPa；Δp為氣流流經(jīng)孔板時(shí)產(chǎn)生的差壓，Pa。
差壓式流量計(jì)一般由節(jié)流裝置（節(jié)流件、測(cè)量管、直管段、流動(dòng)調(diào)整器、取壓管路）和差壓計(jì)組成，對(duì)工況變化、準(zhǔn)確度要求高的場(chǎng)合則需配置壓力計(jì)（傳感器或變送器）、溫度計(jì)（傳感器或變送器）流量計(jì)算機(jī)，組分不穩(wěn)定時(shí)還需要配置在線密度計(jì)（或色譜儀）等。流量計(jì)算器。
（2）速度式流量計(jì)
速度式流量計(jì)是以直接測(cè)量封閉管道中滿管流動(dòng)速度為原理的一類流量計(jì)。工業(yè)應(yīng)用中主要有：
① 渦輪流量計(jì)：當(dāng)流體流經(jīng)渦輪流量傳感器時(shí)，在流體推力作用下渦輪受力旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與管道平均流速成正比，渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值，檢測(cè)線圈中的磁通隨之發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生周期性的電脈沖信號(hào)。在一定的流量（雷諾數(shù)）范圍內(nèi)，該電脈沖信號(hào)與流經(jīng)渦輪流量傳感器處流體的體積流量成正比。渦輪流量計(jì)的理論流量方程為：
式中n為渦輪轉(zhuǎn)速；qv為體積流量；A為流體物性（密度、粘度等），渦輪結(jié)構(gòu)參數(shù)（渦輪傾角、渦輪直徑、流道截面積等）有關(guān)的參數(shù)；B為與渦輪頂隙、流體流速分布有關(guān)的系數(shù)；C為與摩擦力矩有關(guān)的系數(shù)。
② 渦街流量計(jì)：在流體中安放非流線型旋渦發(fā)生體，流體在旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地分離釋放出兩列規(guī)則的交替排列的旋渦渦街。在一定的流量（雷諾數(shù)）范圍內(nèi)，旋渦的分離頻率與流經(jīng)渦街流量傳感器處流體的體積流量成正比。渦街流量計(jì)的理論流量方程為：
式中，qf為工況下的體積流量，m3/s；D為表體通徑，mm；M為旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面積之比；d為旋渦發(fā)生體迎流面寬度，mm；f為旋渦的發(fā)生頻率，Hz；Sr為斯特勞哈爾數(shù)，無量綱。
③ 旋進(jìn)渦輪流量計(jì)：當(dāng)流體通過螺旋形導(dǎo)流葉片組成的起旋器后，流體被強(qiáng)迫圍繞中心線強(qiáng)烈地旋轉(zhuǎn)形成旋渦輪，通過擴(kuò)大管時(shí)旋渦中心沿一錐形螺旋形進(jìn)動(dòng)。在一定的流量（雷諾數(shù)）范圍內(nèi)，旋渦流的進(jìn)動(dòng)頻率與流經(jīng)旋進(jìn)渦流量傳感器處流體的體積流量成正比。旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的理論流量方程為：
式中，qf為工況下的體積流量，m3/s；f為旋渦頻率，Hz；K為流量計(jì)儀表系數(shù)，P/m3(p為脈沖數(shù))。
④ 時(shí)差式超聲波流量計(jì)：當(dāng)超聲波穿過流動(dòng)的流體時(shí)，在同一傳播距離內(nèi)，其沿順流方向和沿逆流方向的傳播速度則不同。在較寬的流量（雷諾數(shù)）范圍內(nèi)，該時(shí)差與被測(cè)流體在管道中的體積流量（平均流速）成正比。超聲波流量計(jì)的流量方程式為：
式中，qf為工況下的體積流量，m3/s；V為流體通過超聲換能器皿1、2之間傳播途徑上的聲道長(zhǎng)度，m；L為超聲波在換能器1、2之間傳播途徑上的聲道長(zhǎng)度，m；X為傳播途徑上的軸向分量，m；t1為超聲波順流傳播的時(shí)間，s；t2為超聲波逆流傳播的時(shí)間，s。
速度式氣體流量計(jì)一般由流量傳感器和顯示儀組成，對(duì)溫度和壓力變化的場(chǎng)合則需配置壓力計(jì)（傳感器或變送器）、溫度計(jì)（傳感器或變送器）、流量積算儀（溫壓補(bǔ)償）或流量計(jì)算機(jī)（溫壓及壓縮因子補(bǔ)償）；對(duì)準(zhǔn)確度要求更高的場(chǎng)合（如貿(mào)易天然氣），則另配置流量計(jì)算器在線色譜儀連續(xù)分析混合氣體的組分或物性值計(jì)算壓縮因子、密度、發(fā)熱量等。
（3）容積式流量計(jì)
容積式流量計(jì)流量怎么計(jì)算，在容積式流量計(jì)的內(nèi)部，有一構(gòu)成固定的大空間和一組將該空間分割成若干個(gè)已知容積的小空間的旋轉(zhuǎn)體，如腰輪、皮膜、轉(zhuǎn)筒、刮板、橢圓齒輪、活塞、螺桿等。旋轉(zhuǎn)體在流體壓差的作用下連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，不斷地將流體從已知容積的小空間中排出。流量計(jì)算機(jī)根據(jù)一定時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)的次數(shù)，即可求出流體流過流量計(jì)數(shù)器的體積量。容積式流量計(jì)的理論流量計(jì)算公式：
式中，qf為工況下的體積流量，m3/s；n為旋轉(zhuǎn)體的流速，周/s；V為旋轉(zhuǎn)體每轉(zhuǎn)一周所排流體的體積，m3/周。
浮子流量計(jì)。 浮子流量計(jì)在中型和小型實(shí)驗(yàn)裝置上使用很廣泛，這是因?yàn)楦∽邮搅髁坑?jì)簡(jiǎn)單、直觀、價(jià)格低廉，適合作一般指示。浮子流量計(jì)有玻璃錐管型和金屬錐管型兩大類，玻璃錐管型的不足之處是耐壓不高和玻璃錐管易碎，另外，流體溫度壓力對(duì)示值影響大。一般可根據(jù)流體實(shí)際溫度和壓力按式（3.28）進(jìn)行人工換算。式中由于引入рn,在被測(cè)氣體不為空氣時(shí)，也可利用該公式進(jìn)行換算。
qv= qvf
式中 qv――實(shí)際體積流量，Nm3/h；
qvf――儀表示值，m3/h；
ρn――被測(cè)氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度，kg/Nm3；
ρan――空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度，kg/Nm3；
Tn、Pn――氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的絕對(duì)溫度、絕對(duì)壓力；
Tf、Pf――氣體在工作狀態(tài)下的絕對(duì)溫度、絕對(duì)壓力。
（2） 濕空氣干部分流量測(cè)量問題
①濕空氣干部分流量測(cè)量的必要性。在化工生產(chǎn)的氧化反應(yīng)過程中，一般是將空氣送入反應(yīng)器，而真正參與反應(yīng)的僅僅是空氣中的氧，由于空氣中的氮和氧保持恒定比例，所以測(cè)量得到進(jìn)入反應(yīng)器的氮氧混合物流量，也就可以計(jì)算出氧的流量。但是壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)從大氣中吸入的空氣除了氮氧成分之外（微量成分忽略不計(jì)），總是包含一定數(shù)量的水蒸汽，而且水蒸氣的飽和含量是隨著其溫度的變化而變化的。為了將氧化反應(yīng)控制在理想狀態(tài)，須對(duì)進(jìn)入反應(yīng)器的氮氧混合氣流進(jìn)行精確測(cè)量，也即將進(jìn)入反應(yīng)器的空氣中的水蒸氣予以扣除，得到濕空氣的干部分流量，這是濕氣體中需要測(cè)量干部分流量的一個(gè)典型例子。
②濕空氣密度的求取。濕空氣由其干部分和所含的水蒸氣兩部分組成。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下濕氣體的密度可用式（3.29）可進(jìn)行流量的計(jì)算。
рn=рgn+рsn (3.29)
式中? рn――濕空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（101.325kPa,20℃）的密度，kg/m3；
рgn――濕空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干部分的密度，kg/m3；
рsn――濕空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下濕部分的密度，kg/m3；
工作狀態(tài)下濕空氣的密度可按式（3.30）計(jì)算。
ρf=ρgf+ρsf (3.30)
рf――濕空氣在工作狀態(tài)下的密度，kg/m3；
ρgf――濕空氣在工作狀態(tài)下干部分的密度，kg/m3;
ρsf――濕空氣在工作狀態(tài)下濕部分的密度，kg/m3；
ρgf和ρsf分別按式（3.31）和式（3.32）計(jì)算。
ρgf＝ρgn
(3.31)
ρsf=
式中 f――工作狀態(tài)下濕氣體相對(duì)濕度，0～100％；
psfmax————工作狀態(tài)下飽和水蒸氣壓力；
ρsf————工作狀態(tài)下水蒸汽密度，kg/m3；
ρsfmax————工作狀態(tài)下飽和水蒸汽密度，kg/m3；
其余符號(hào)意義同式（3.28）。
③不同原理流量計(jì)測(cè)量濕空氣干部分流量時(shí)的計(jì)算公式
a.頻率輸出的渦街流量計(jì)。頻率輸出的渦街流量計(jì)用來測(cè)量濕空氣流量時(shí)，其輸出的每一個(gè)脈沖信號(hào)都代表濕空氣在工作狀態(tài)下的一個(gè)確定的體積值。這時(shí)，要計(jì)算濕空氣中的干部分，只需在從工作狀態(tài)下的體積流量換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（101.325kPa,20℃）下體積流量時(shí)，從總壓中扣除水蒸氣壓力，如式（3.33）所示。
qvg=qvf
=3.6
(3.33)
式中 qvg——濕空氣干部分體積流量，Nm3/h；
qvf——濕空氣工作狀態(tài)下體積流量，m3/h；
f——渦街流量計(jì)輸出頻率，P/s(1P=0.1Pa·s)；
Kt——工作狀態(tài)下流量系數(shù)，P/L。
b.模擬輸出的渦街流量計(jì)。模擬輸出的渦街流量計(jì)用來測(cè)量濕空氣的干部分流量時(shí)，只有工作狀態(tài)（pf、 f、Tf、Zf）與設(shè)計(jì)狀態(tài)（pd、 d、Td、Zd）一致時(shí)，無需補(bǔ)償就能得到準(zhǔn)確結(jié)果。如果有一個(gè)或一個(gè)以上? 不一致，可用式（3.34）進(jìn)行補(bǔ)償。
qv=Aiqmax=
式中 Ai———渦街流量計(jì)模擬輸出，％；
qmax————流量測(cè)量上限，Nm3/h；
pd————設(shè)計(jì)狀態(tài)濕空氣絕壓,kPa(Mpa);
d——設(shè)計(jì)狀態(tài)濕空氣相對(duì)濕度；
psdmax————設(shè)計(jì)狀態(tài)濕空氣中飽和水蒸氣壓力，與pd單位一致；
Td————設(shè)計(jì)狀態(tài)濕空氣溫度，K；
Zd————設(shè)計(jì)狀態(tài)濕空氣壓縮系數(shù)。
c.差壓式流量計(jì)。用差壓式流量計(jì)測(cè)量濕空氣的干部分流量要進(jìn)行兩方面的計(jì)算個(gè)是工況變化引起的工作狀態(tài)下濕氣體密度的變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，另一個(gè)是扣除濕空氣中的水蒸氣并換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量。將式（3.31）和式（3.32）代入式（3.30）得
ρf=
(3.35)
式中，符號(hào)意義同式（3.29）～式（3.32）。
濕空氣的干部分流量可用式（3.36）計(jì)算
q′v=qv
式中 q′v——濕空氣的干部分流量實(shí)際值，Nm3/h；
qv————濕空氣的干部分流量計(jì)算值Nm3/h；
其余符號(hào)意義同式（3.35）
其中рf由式（3.35）計(jì)算得到。
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