空气层流量计

空气层流流量计

黑龙江省知识产权局  计重远

     本文是讨论测量空气流量的专用型层流流量计的设计方法。层流流量计是由微差压传感器以及层流元件两部分组成，其中层流元件是将待测气体从紊流状态转换成层流状态的关键部件，而层流元件中层流管管径的形状及大小的设计又将是设计理想层流元件的重中之重。和通用型层流流量计设计所采用的标定法不同的是这里对层流元件设计时需要进行最优化。所谓的设计最优化首先是指可测最大流量值发生在层流管流过所测气体流动的雷诺数等于临界雷诺数；其次是选择层流管为正三角形管；第三是选择微差表可测的最大差压值尽量小，这里可以选择量程为0-30file:///C:\Users\ADMINI~1.SKY\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps7DCA.tmp.png的微差压表。由于空气的粘度和密度是和测定时的条件有关，因此在设计时先假设在标准大气条件下的数据为依据来进行，然后根据实测条件进行修正。

      1，最大流量file:///C:\Users\ADMINI~1.SKY\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps7DCB.tmp.png的确定：最大流量的大小是根据空气在层流管流动时其雷诺数达到临界雷诺数来确定的。当选择层流管为三角形管时，空气在三角形管内流动的雷诺数计算的公式是：

      file:///C:\Users\ADMINI~1.SKY\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps7DDB.tmp.png                                              （1）

其中：file:///C:\Users\ADMINI~1.SKY\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps7DDC.tmp.png是空气在层流管内的流量；

      file:///C:\Users\ADMINI~1.SKY\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps7DDD.tmp.png是空气的密度；

      file:///C:\Users\ADMINI~1.SKY\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps7DDE.tmp.png是空气的动力粘度；

      a是层流管横截面正三角形的边长。

在标准状态下有：file:///C:\Users\ADMINI~1.SKY\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps7DDF.tmp.png；file:///C:\Users\ADMINI~1.SKY\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps7DE0.tmp.png，則当雷诺数达到临界雷诺数file:///C:\Users\ADMINI~1.SKY\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps7DF1.tmp.png时有：

       file:///C:\Users\ADMINI~1.SKY\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps7DF2.tmp.png                                           （2）

       2，层流管横截面正三角形边长的确定：当层流管的长度确定后，空气压层流管内流动所遇到的流阻太小就取决于三角形边长的大小。当层流管的截面是正三角形时，空气在层流管內遇到阻力的计算公式是：

      file:///C:\Users\ADMINI~1.SKY\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps7DF3.tmp.png                                          （3）

其中l是层流管长。由于选定的微差压的最大差压值应发生在流量为最大值时，因此就有：

       file:///C:\Users\ADMINI~1.SKY\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps7DF4.tmp.png                                        （4）

将式（2）代入式（4）中即得：

       file:///C:\Users\ADMINI~1.SKY\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps7DF5.tmp.png                                          （5）

即：   file:///C:\Users\ADMINI~1.SKY\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps7DF6.tmp.png                                          （6）

将l=10cm；file:///C:\Users\ADMINI~1.SKY\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps7E06.tmp.png；file:///C:\Users\ADMINI~1.SKY\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps7E07.tmp.png代入式（6）中可以求得a=0.333cm。有了a的值代入式（4）之中就可以求得每根层流管的最大流量值file:///C:\Users\ADMINI~1.SKY\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps7E08.tmp.png。

     3，最大量程的确定，这里最大量程的大小取决于流量计內径的大小以及层流管的根数。由于层流管是采用正三角形，所以它的数量可以这样的方法来计算：在流量计内径的中心为原点以三角形的边长以及边长的N倍数为半径作一糸列的同心园，以1至N来标定这些同心园，则在1号园内可以安排6个三角形管；在1号园和2号园之间可以安排18个三角形管；而在N个园内的正三角形的个数之和正好为：file:///C:\Users\ADMINI~1.SKY\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps7E09.tmp.png，也就是在内径为file:///C:\Users\ADMINI~1.SKY\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps7E0A.tmp.png的层流元件中可以安排file:///C:\Users\ADMINI~1.SKY\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps7E0B.tmp.png根正三角形的层流管，那么该流量计可测的最大量程file:///C:\Users\ADMINI~1.SKY\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps7E0C.tmp.png可以确定为：

      file:///C:\Users\ADMINI~1.SKY\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps7E1D.tmp.png。                                              （7）

      4，层流元件的制作：根据上述确定的设计参数考虑采用0.2mm的薄不锈钢作为原材料。首先准备三块长度为l=10cm、宽度为file:///C:\Users\ADMINI~1.SKY\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps7E1E.tmp.png的薄不锈钢板，将其折叠、开槽后即可组装而成。

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654262293 发表于 2021-4-22 13:37
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