在流量計測量和計算中,要使用到一些流體的物理性質(流體物性),它們對流量測量的準確度及流量計的選用都有很大影響。限于本書篇幅,我們對這些物性參數(shù)只作基本概念及一些簡單計算式的介紹,詳細數(shù)據(jù)資料需到有關手冊去查詢。
1.流量計流體的密度
流體的密度由下式定義
式中:ρ——流體密度,kg/m3;
m——流體的質量,kg;
V——流體的體積,m3。
1)流量計液體的密度
壓力不變時,液體密度計算式為:
ρ=ρ20[1-μ(t-20)]
式中:ρ——溫度t時液體的密度,kg/m3;
ρ20——20℃時液體的密度,kg/m3;
μ——液體的體積膨脹系數(shù),1/℃;
t——液體的溫度,℃。
溫度不變時,液體密度計算式為:
ρ1=ρ0[1-β(ρ0-ρ1)]
式中:ρ1——壓力p1時液體的密度,kg/m3;
ρ0——壓力p0時液體的密度,;kg/m3;
β——液體的體積壓縮系數(shù)1/Mpa;
p0、p1——液體的壓力,Mpa。
通常壓力的變化對液體密度的影響很小,在5Mpa以下可以忽略不計,但是對于碳氫化合物,即使在較低壓力下,亦應進行壓力修正。
2)流量計氣體的密度
工作狀態(tài)下干氣體的密度計算式為:
式中:ρ——工作狀態(tài)下干氣體的密度,kg/m3;
ρn——標準狀態(tài)下(293.15k,101.325kPa)干氣體的密度,kg/m3;
p——工作狀態(tài)下氣體的絕對壓力,kPa;
pn——標準狀態(tài)下絕對壓力,kPa;
T——工作狀態(tài)下氣體的絕對溫度,K;
Tn——標準狀態(tài)下絕對溫度,293.15K;
Zn——標準狀態(tài)下氣體的壓縮系數(shù);
Z——工作狀態(tài)下氣體的壓縮系數(shù)。
2.流量計流體的粘度
流體本身阻滯其質點相對滑動的性質稱為流體的粘性。流體粘性的大小用粘度來度量。同一流體的粘度隨流體的溫度和壓力而變化。
通常溫度上升,液體的粘度下降,而氣體粘度上升。液體粘度只在很高壓力下才需進行壓力修正,而氣體的粘度與壓力、溫度的關系十分密切。表征流體粘度常用有如下二種:
1)動力粘度
式中:η——流體動力粘度,Pa·s;
τ——單位面積上的內摩擦力,
Pa——速度梯度,1/s;
u——流體流速,m/s;
h——兩流體層間距離,m。
3)流量計運動粘度
流體的動力粘度與其密度的比值稱為運動粘度。
式中:v ——運動粘度。
3.熱膨脹率
熱膨脹率是指流體溫度變化1℃時其體積的相對變化率,即:
式中:β——流體的熱膨脹率,1/℃;
V——流體原有體積,m3;
△V——流體因溫度變化膨脹的體積,m3;
△T——流體溫度變化值,℃。
4.壓縮系數(shù)
壓縮系數(shù)是指當流體溫度不變,所受壓力變化時,其體積的變化率,即:
式中:K——流體的壓縮系數(shù),1/Pa;
V——壓力為p時的流體體積m3;
△V——壓力增加?p時流體體積的變化量,m3。
5.雷諾數(shù)
雷諾數(shù)是一個表征流體慣性力與粘性力之比的無量綱量,其定義為:
式中:v——流體的平均速度,m/s;
ι——流速的特征長度,如在圓管中取管內徑值,m;
υ——流體的運動粘度,m2/s。
如雷諾數(shù)小,粘性力占主要地位,粘性對整個流場的影響都是重要的。如雷諾數(shù)很大,則慣性力是主要的,粘性對流動的影響只有在附面層內或速度梯度較大的區(qū)域才是重要的。