6.2 文丘里流量计的构造和测流原理

6.2.1 文丘里流量计的构造

文丘里流量计是一种管道流量测量的仪器，它由收缩段、喉道段和扩散段三部分组成。文丘里管本身又分为圆锥形和喷嘴型两种，而每一种又分为长管型和短管型，这里仅介绍圆锥形文丘里流量计。

圆锥形文丘里流量计由入口圆锥管段、收缩段、喉管段及出口圆锥管段组成，见图6.1。其节流孔径比（喉道直径与管道直径之比）β=d/D=0.3～0.75。入口圆锥管段α₁=21°±1°，出口圆锥管段α₂=7°～15°。喉道长度与喉道直径相同。在喉道部和上游收缩段前D/2的圆管段设测压孔，以便测出这两个断面的压差。与同一孔径的孔板、喷嘴流量计相比，文丘里流量计水头损失较小，因此，被广泛地应用在工业管道上测量流量。

图6.1 文丘里流量计构造图

图6.2 文丘里流量计理论分析简图

6.2.2 文丘里流量计的测流原理

当流体通过文丘里流量计时，由于圆管段和喉道段的断面面积不同而产生压差，通过的流量不同，其压差的大小也不同，所以可根据压差的大小来测定流量。图6.2是文丘里流量计理论分析简图。以0—0为基准面，暂不考虑能量损失，取断面1—1和断面2—2写能量方程为

由式（6.1）得

式中：z₁、z₂、p₁/γ、p₂/γ、分别为断面1—1和断面2—2的位置水头、压强水头和流速水头；Δh为断面1—1和断面2—2的测压管水头差。

由连续方程可得

式中：A₁、A₂分别为管道和文丘里流量计喉道断面的面积；d、D分别为文丘里流量计喉道和管道断面的直径。将式（6.3）代入式（6.2）得

通过文丘里流量计的流量为

式（6.5）即为文丘里流里计不考虑水头损失时的流量公式。令

则

对于水银差压计，式（6.7）可写成

对于实际液体，考虑到水头损失，则实际通过文丘里流量计的流量为

对于水银差压计，有

式中：μ为文丘里流量计的流量系数。由式（6.7）和式（6.9）可以看出

实验表明，μ是雷诺数Re=v₀D/ν的函数，在雷诺数Re<2×10⁵以前，流量系数随雷诺数的增大而增大。在Re>2×10⁵以后，流量系数基本为一常数，一般认为，流量系数为0.92～0.98。