流体与流动

用户可能希望测量蒸汽流量，以帮助提高工厂效率、能源效率、过程控制或成本核算。本教程探讨流动流体的特性以及良好蒸汽计量实践的基本要求。

“当你能够测量你所谈论的事物并用数字表达它时，你就对它有所了解；但当你无法测量它、无法用数字表达它时，你的知识就是匮乏和不能令人满意的。” 威廉·汤姆森（开尔文勋爵）1824 - 1907

引言

许多工业和商业企业现已认识到以下方面的价值：

• 能源成本核算。
• 节能。
• 监测与目标管理技术。 这些工具能够提高能源效率。 蒸汽不是最容易计量的介质。本模块的目标是加深对实现精确可靠蒸汽流量测量所需条件的理解。 目前可用于测量蒸汽流量的大多数流量计是为测量各种液体和气体的流量而设计的。专门针对蒸汽流量测量而开发的流量计极少。 Spirax Sarco 感谢 ETSU 的 EEBPP（能效最佳实践计划）对本模块部分内容的贡献。

为什么要测量蒸汽？

蒸汽流量计不能以与其他节能设备或节能方案相同的方式进行评估。蒸汽流量计是良好蒸汽管理的重要工具。它提供了蒸汽使用和成本方面的信息，这对高效运行的工厂或建筑至关重要。使用蒸汽流量计量的主要好处包括：

• 工厂效率。
• 能源效率。
• 过程控制。
• 成本核算与计量。 工厂效率 ****一台良好的蒸汽流量计将在设备运行的全范围内显示蒸汽流量，即从设备关闭到工厂满负荷运行时。通过分析蒸汽流量与生产之间的关系，可以确定最佳工作方式。 流量计还会显示设备随时间的劣化情况，从而可以进行最佳的设备清洁或更换。 流量计还可以用于：

这可能导致生产方法的改变，以确保经济地使用蒸汽。它还可以减少与锅炉设备峰值负荷相关的问题。 能源效率 蒸汽流量计可用于监测节能方案的效果，并比较不同设备之间的效率。 过程控制 适当的蒸汽流量计系统的输出信号可用于控制供应给过程的蒸汽量，并指示其处于正确的温度和压力。 此外，通过监测启动过程中流量的增长速率，蒸汽流量计可与控制阀配合使用，提供缓慢预热功能。 成本核算与计量 蒸汽流量计可以在集中点或各个使用点测量蒸汽用量（从而计算蒸汽成本）。蒸汽可以在生产过程的各个阶段作为原材料进行成本核算，从而可以计算各产品线的真实成本。 要理解流量计量，深入了解一些流体力学基本理论、待计量流体的特性以及流体通过管道系统的方式可能会有所帮助。

流体特性

每种流体都有一组独特的特性，包括：

• 密度。
• 动力粘度。
• 运动粘度。 密度 这已在模块 2”蒸汽工程原理与传热”中讨论过，但由于其重要性，此处重复相关要点。 密度（ρ）定义为物质单位体积（V）的质量（m）（见公式 2.1.2）。 饱和水和饱和蒸汽的密度都随温度变化而变化。如图 4.1.1 所示。 动力粘度 ****这是流体所具有的抵抗流动的内在特性。如果流体具有高粘度（例如重油），它强烈抵抗流动。此外，高粘度流体通过管道所需的推动力比低粘度流体更大。 有多种测量粘度的方法，包括将扭矩扳手连接到桨叶上并在流体中扭转，或测量流体通过孔口的流速。 一个简单的学校实验室实验清楚地演示了粘度及其所使用的单位： 让一个球体在重力作用下穿过流体下落。测量球体下落的距离（d）和下落所需的时间（t），以确定速度（u）。 然后使用以下公式确定动力粘度： 有三个重要注意事项：

1. 公式 4.1.1 的结果称为流体的绝对粘度或动力粘度，以帕斯卡秒为单位。动力粘度也表示为”粘性力”。
2. 公式的物理量纲给出的结果单位为 kg/m，但常数（2 和 9）既考虑了实验数据，也考虑了单位到帕斯卡秒（Pa s）的转换。
3. 一些出版物以厘泊（cP）为单位给出绝对粘度或动力粘度的值，例如：1 cP = 10-3 Pa s 示例 4.1.1 一个直径 20 mm 的钢球（密度 7 800 kg/m3）在 20°C 的油中（密度 = 920 kg/m3）下落 1 米需要 0.7 秒。

运动粘度

这表示绝对（或动力）粘度与流体密度之间的关系（见公式 4.1.2）。 示例 4.1.2 在示例 4.1.1 中，油的密度给定为 920 kg/m3——现在确定运动粘度： 雷诺数（Re） 上述引入的因素都会对管道中的流体流动产生影响。它们被汇总在一个无量纲量中来表示流动特性，即雷诺数（Re）。