对工业管道流体流动规律的研究、流量测量计算以及仪表选型时,都要遇到一系列反映流体属性和流动状态的物理参数.这些参数,常用的有流体的密度、粘度、绝热指数(等熵指数)、体积压缩系数以及雷诺数、流速比(马赫数)等;这些物理参数都与温度.压力密切相关。流量测量的一次元件的设计以及二次仪表的校验,都是在一定的压力和温度条件下进行的。若实际工况超过设计规定的范围,即需作相应的修正。
一、流体的密度
流体的密度( )是流体的重要参数之一,它表示单位体积内流体的质量。在一般工业生产中,流体通常可视为均匀流体,流体的密度可由其质量和体积之商求出:
= (1-2)
式中 m——流体的质量,kg;
V——质量为m的流体所占的体积,m3
密度的单位换算见表1—3。
各种流体的密度都随温度、压力改变而变化.在低压及常温下,压力变化对液体密度的影响很小,所以工程计算上往往可将液体视为不可压缩流体,即可不考虑压力变化的影响.但这只是一种近似计算。而气体,温度、压力变化对其密度的影响较大,所以表示气体密度时,必须严格说明其所处的压力、温度状况.
工业测量中,有时还用“比容”这一参数。比容数是密度数的倒数,单位为m3/kg。
二、流体的粘度
流体的粘度是表示流体内摩擦力的一个参数。各种流体的粘度不同,表示流动时的阻力各异。粘度也是温度、压力的函数.一般说来,温度上升,液体的粘度就下降,气体的粘度则上升.在工程计算上液体的粘度,只需考虑温度对它的影响,仅在压力很高的情况下才需考虑压力的影响。水蒸气及气体的粘度与压力、温度的关系十分密切.表征流体的粘度,通常采用动力粘度( )和运动粘度(v),有时也采用恩氏粘度(°E).
流体动力粘度的意义是,当该流体的速度梯度等于l时,接触液层间单位面积上的内摩擦力.流体的动力粘度也可理解为两个相距1m、面积各为1m2的流体层以相对速度1m/s移动时相互间的作用力,即
= (1-3)
式中 ――单位面积上的内摩擦力,Pa;
v——流体流动速度,m/s;
h——两流体层之间的距离,m;
——速度梯度,I / S;
动力粘度 的单位Pa·s是国际单位制(SI)的导出单位,是我国法定单位.它与过去习惯使用的其他单位的换算关系见表l—4.表中 的单位达因·秒/厘米2(dyn·s/cm2)是厘米—克—秒单位制(c.G.s单位制)的导出单位,习惯上称泊(P)。取其百分之一为单位,称厘泊(cP),或百万分之一为单位,称微泊( P)。
由于流体的粘度和密度有关,将动力粘度与流体密度之比作为粘度的另一参数,称运动粘度,用v表示:
v= (1-4)
在SI单位制中,v的单位为m2/s与过去习惯用的其他单位间的换算关系见表1—5。表中v的单位cm2/s是c.G.s单位制的导出单位,称斯托克斯(St),取其百分之一为单位,称厘斯(cSt)。
在试验室对粘度进行测定常采用恩格勒粘度计,这里还需提及恩氏粘度(E)的概念。流体的恩氏粘度又称条件粘度,它是基于流体的粘性越大,流动时表现的阻力也越大的原理,按下列方式测定的:取一定容积的被测流体(例如200mL),在一定的温度(t℃)下,测定其从恩格勒粘度计流出的时间( t),以s为单位,然后与同体积的蒸馏水在20℃时流出恩格勒粘度计的时间( )对比,其比值称该流体在t℃时的恩氏粘度.
恩氏粘度与运动粘度在常用范围内的对照关系见表1—6。当v>1.2×l0-4m2/s时,在同一温度t下,E与v的换算采用下式:
Et=135×103Vt (1-6)
或 Vt=7. 41×10-6Et (1-7)
式中 Et――在温度t时的恩氏粘度;
Vt――在温度t时的运动粘度。