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流体粘度对转子流量计度数影响
发布时间:2017-05-04

1前言
  转子流量计是实验中常用来测定液体或气体流量的一种计量器具,它在工业及科研实验中应用已有一百五十多年的历史。以其结构简单、读取流量方便、且又不易发生故障而为人们所乐于采用。在有关教材和资料对转子流量计的计算式中川,当用同一个转子流量计测量不同液体时,有一个密度的修正式,但未见在对不同粘度液体的流量测定中加以修正,在本实验中用转子流量计测定乙酸乙醋和丁内醋的流量时,发现从转子流量计上读得的流量与实际流量相差悬殊。如果按密度进行修正,乙酸乙醋、丁内醋与水的密度相差不多(5%一10%),其修正值很小。因此在使用转子流量计时必须重视液体粘度对转子流量计读数的影响.
2实验结果
  转子流量计最常见的转子形状如图1所示,左边图形的转子用得最广,为锥形转子;右边的图形为圆珠形,为球形转子。用这两种转子流量计,经过测量,得到下列较为几个典型的图例。在锥型转子流量计中,粘度为0.52mpa.s、密度为900kg·m-3’的液体乙酸乙醋的实测结果见图2,粘度为1.gmPa·s、密度为1050kg·m-3的丁内醋的实测结果见图3,图中所示的密度修正流量曲线指的是仅以密度进行修正的曲线,其修正公式为。

  式中:VS′—实际的体积流量:Vs—流量计显示的体积流量;ρ—水的密度;ρf—转子材料的密度;ρ′—被测流体的密度。由图可知,在锥形转子流量计中,粘度小(大)于水的液体其实际流量值要比理论流量值大(小),且两条曲线基本平行,实际流量的线性度较好。
  用球形转子流量计测量乙酸乙醋的结果见图4,由图可知,球形转子流量计的这种类型,粘度对其的影响非常之大,且实际流量的线性度也极差。所以在实验中绝对不可忽视粘度对示值的影响。

3对问题的简析
  转子流量计的原理如图5所示,为一微呈倒锥形玻璃管与转子组成,由于流体穿过转子与壁的环隙时速度增大造成转子下面与上面的压差使转子上浮。在用柏努利方程推导时先忽略了流体穿过环隙的阻力,然后引人了涉及转子形状和阻力损失(即粘度的影响)的校正系数C,,即

  式中:Vf—转子体积;Af—转子最大截面积;Ao—转子所处位置的环隙面积(即所处玻璃管截面积与Af之差)。对于一定形状的转子,CR就取决于阻力损失,
  不同粘度的液体通过环隙时阻力可以相差很大,因而测量时的读数与实际值有明显偏差,粘度对阻力损失的影响体现在求取环隙阻力系数ζ的雷诺数Re。中(为与管道流体的雷诺数进行区分,特将环隙流体的雷诺数用Re。表示),尽管在有关教材中对不同转子类型的CR与Re。之间有图可查,但要找到流量测定值与液体粘度的关系就不如密度变化那么简单了。
  对于一定形状的转子,式(2)中的CR可由图6所示曲线查得。从图可看出,随着Re。的增大,CR的增大由陡峭而逐渐平缓;当Re。超过一定值后, CR就基本不变了定义该值为Reoc。所以当流体通过转子与壁间环隙的Re。超过Reoc后,可以认为CR是一常数,因此当Reo> Reoc后,液体粘度的变化不会对读数产生影响,不必对粘度的变化进行修正;当Reo<Reoc时,液体粘度的变化对读数的影响是很明显的,必须加以校正,但是粘度的变化与密度的变化不同,后者的修正很简单,一般教材上都有修正式,而粘度则无法用简单的计算式来表示,因为一方面实际操作时很难计算Re。,另一方面沿转子流量计上下的Re。也是不同的。因此当Re。<Reoc,时只能用实际液体加以标定。

  本实验中乙酸乙醋、丁内醋和水,它们的密度相差不大,而转子流量计同示值刻度上的实际流量却相差很大,图6所示曲线可以判断出:在实际操作中Re。一定工作在小于或远小于Re。。的区域范围中。
4结论
  粘度对转子流量计示值所产生的影响不可忽视,所以在实验之前,对不熟悉的介质一定要首先对流量计进行计量校对,根据作出的实际流量曲线再继续下一步实验,以免造成不必要的实验误差。

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