多普勒超聲波流量計的探討  二十四

2．3．2超聲波流量計流體動力學(xué)分析

工業(yè)流體絕大多數(shù)情況都是通過一定直徑管道流動的，在流體流速較大或粘性較小時，流體的流動呈湍流狀態(tài)，其管內(nèi)流體沿橫截面流速分布規(guī)律如圖2．4左面部分所示。顯然，湍流狀態(tài)的流速分布(對數(shù)速度分布)比層流狀態(tài)的流速分布(拋物線分布)要均勻得多。所以，超聲波流量計適宜應(yīng)用在湍流狀態(tài)流體中，以減少由于流速分布不均勻而引起的測量誤差。在一般情況下，當(dāng)雷諾數(shù)Re滿足

Re。坐≥4000的時候，可以認為己達到湍流狀態(tài)，式中D是管道直徑，u是流速，v是流體的運動粘滯系數(shù)。

上節(jié)推導(dǎo)流量方程式時所使用的流速u實際上是沿管道橫截面的平均流體流速，而管內(nèi)流速分布的規(guī)律根據(jù)資料可知，對于光滑圓管來說， 即距離管軸線距離為r的點的流速u與平均流速玎有著對數(shù)關(guān)系。式中，五為光滑圓管的阻力系數(shù)，它是流體雷諾數(shù)的函數(shù)，R為圓管半徑。由圖2．4可知，在管軸線處流速為最大值”。，而趨近于管壁附近處時，流速按對數(shù)規(guī)律急劇下降到零。由此，我們可以進一步分析超聲波射線在流體中的傳播軌跡。假設(shè)超聲波在靜止被測媒質(zhì)中和聲契中的聲速分別為c2和ct，入射角和折射角分別為。在圖2．4中，F表示超聲波發(fā)射器，J表示超聲波接收器。顯然，超聲波在O點沿O．P方向傳播并在點P處發(fā)生折射，其折射規(guī)律服從式(2．27)的關(guān)系。

超聲波流量計