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第 9 章 流体密度、温度测量

USTC. 第 9 章 流体密度、温度测量. §9.1 不可压缩流体密度测量 §9.2 可压缩流体密度场测量 §9.3 密度场定量测量 §9.4 流体温度测量. USTC. Chapter 9 Measurements of Density and Temperature in Fluid Flow. §9.1 Measurements of density in incompressible fluid §9.2 Measurements of density field in compressible fluid

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第 9 章 流体密度、温度测量

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Presentation Transcript

  1. USTC 第9章 流体密度、温度测量 §9.1 不可压缩流体密度测量 §9.2 可压缩流体密度场测量 §9.3 密度场定量测量 §9.4 流体温度测量

  2. USTC Chapter 9 Measurements of Density and Temperature in Fluid Flow §9.1 Measurements of density in incompressible fluid §9.2 Measurements of density field in compressible fluid §9.3 Quantity measurements of density field §9.4 Measurements of temperature in fluid

  3. USTC §9.1 不可压缩流体密度测量 密度计、称量法（液体） 间接测量（气体） 如果气体不满足上述状态方程，什么办？（比如过热蒸汽）

  4. USTC §9.1 不可压缩流体密度测量 测量物体密度的方法 测量物体密度的方法多种多样，大致可归纳出以下几种测量方法: 测固体密度 测液体密度 测气体密度

  5. USTC 一、 测固体密度 1 称量法： 器材：天平、量筒、水、金属块、细绳 步骤：（1）用天平称出金属块的质量m； （2）往量筒中注入适量水，读出体积为V1； （3）用细绳系住金属块放入量筒中，浸没，读出体积为V2。 计算表达式：ρ=m / (V2-V1) 2 比重杯法： 器材：烧杯、水、金属块、天平 步骤：（1）往烧杯装满水，放在天平上称出质量为 m1；（2）将金属块轻轻放入水中， 溢出部分水，再将烧杯放在天平上称出质量为m2; （ 3）将金属块取出，把烧杯放 在天平上称出烧杯和剩下水的质量m3。 计算表达式：ρ=ρ水(m2-m3) / (m1-m3) 3 阿基米德定律法： 器材：弹簧秤、金属块、水、细绳 步骤：（1）用细绳系住金属块，用弹簧秤称出金属块的重力G；（ 2）将金属块完全浸入 水中，用弹簧秤称出金属块在水中的视重G*。 计算表达式：ρ=Gρ水/(G-G*)

  6. USTC 4 浮力法(一)： 器材：木块、水、细针、量筒 步骤：（1）往量筒中注入适量水，读出体积为V1；（2）将木块放入水中，漂浮，静止后 读出体积 V2；（3）用细针插入木块，将木块完全浸入水中，读出体积为V3。 计算表达式：ρ=ρ水(V2-V1) / (V3-V1) 5 浮力法（二）：器材：刻度尺、圆筒杯、水、小塑料杯、小石块 步骤：（1）在圆筒杯内放入适量水，再将塑料杯杯口朝上轻轻放入，让其漂浮，用刻度 尺测出杯中水的高度h1; （2）将小石块轻轻放入杯中，漂浮，用刻度尺测出水的高度 h2; （3）将小石块从杯中取出，放入水中，下沉，用刻度尺测出水的高度h3。 计算表达式：ρ=ρ水(h2-h1) / (h3-h1) 6 密度计法：器材：鸡蛋、密度计、水、盐、玻璃杯 步骤： （1）在玻璃杯中倒入适量水，将鸡蛋轻轻放入，鸡蛋下沉；（2）往水中逐渐加 盐，边加边用密度计搅拌，直至鸡蛋漂浮，用密度计测出盐水的密度即等到于鸡 蛋的密度。

  7. USTC 一、 测液体密度 1 称量法：器材：烧杯、量筒 、天平、待测液体 步骤：（1）用天平称出烧杯的质量m1； （2）将待测液体倒入 烧杯中，测出总质量m2； （3）将烧杯中的液体倒入量筒中，测出体积V。 计算表达：ρ=(m2-m1) / V 2 比重杯法: 器材：烧杯、水、待液体、天平 步骤： （1）用天平称出烧杯的质量m1； （2）往烧杯内倒满水，称出总质量m2； （3）倒去烧杯中的水，往烧杯中倒满待测液体，称出总质量m3。 计算表达：ρ=ρ水(m3-m1)/(m2-m1)

  8. USTC 3 阿基米德定律法：器材：弹簧秤、水、待测液体、小石块、细绳子 步骤： （1）用细绳系住小石块，用弹簧秤称出小石块的重力G； （2）将小块浸没入水中，用弹簧秤称出小石的视重G1； （3）将小块浸没入待测液体中，用弹簧秤称出小石块的视重G2。 计算表达：ρ=ρ水(G-G2) / (G-G1) 4 U形管法：器材：U形管、水、待测液体、刻度尺 步骤： （1）将适量水倒入U形管中； （2）将待测液体从U形管的一个管口沿壁缓慢注入。 （3）用刻度尺测出管中水的高度h1,待测液体的高度h2。计算表达:ρ=ρ水h1 / h2(注意:用此种方法的条件是: 待测液体不溶于水,待测液体的密度小于水的密度) 5 密度计法： 器材：密度计、待测液体 方法：将密度计放入待测液体中，直接读出密度。

  9. USTC PY-05十支组石油标准密度计

  10. USTC DA系列密度计 KEM生产的DA系列密度计是利用U型管振荡原理，通过测量样品的共振频率来测定各种液体样品的密度。广泛应用于原油及石油产品、化工产品、酒类及软饮料、食品、食用油、医药产品、电子产品及半导体等行业。

  11. USTC

  12. USTC 自动粘度修正功能（DA-520、DA-505N），PC卡扩展内存，标准RS-232C接口，大液晶显示屏：240×64液晶，带背光，内置清洗泵和温控， Brix浓度，酒精浓度转化和原油产品转化表，可与折光仪联机，可同时获得密度和折光率，SOFT-CAPE采集软件，MS-EXCEL和 CSV格式。

  13. USTC DMA4500密度计 主要特点 ﹡采用内置帕尔贴恒温装置； ﹡样品可以通过全自动进样器SP3M或SH3实现自动进样或自动清洗； ﹡每次测量仅需5ml左右的样品； ﹡同时可测量密度及折光指数； ﹡ DMA4500密度计示屏上可同时显示密度及折光两个参数，并可贮存 或通过打印机打印出来； ﹡仪器通过自动进样器可实现全自动进样，清洗及吹干； ﹡仪器设计紧凑，几乎无需维修保养。

  14. USTC 技术参数测量范围： 0 － 3 g/cm3 准确度： 5 x 10-5 g/cm3 重复性/精度： 1 x 10-5 g/cm3 温度准确度： 0.03 ℃测量时间： 1 分钟 15 - 30 秒 仪器介绍 奥地利Anton Paar（安东帕）公司于1968年发明首创的振荡管原理的数字式密度计，可快速准确的测量液体密度以及与密度相关的浓度，广泛应用于石化，制药，日化，商检，及饮料等领域。并且新型产品可与电脑打印机及折光仪联机，实现更为全面及强大的功能应用。广泛应用于全球各大啤酒、饮料、化工及石化行业的生产线上。

  15. USTC 数字式密度计DMA4500 技术参数 测量范围: 0-3 g/cm3 准确度： 密度 5x10-5 g/cm3；温度 0.03℃重现性sd. 密度 1x10-5 g/cm3；温度 0.01℃温度范围: 0℃-90℃，可根据要求提供更大控温范围 压力范围: 0-10 bars (0 to 150 psi) 最少样品量：Approx. 1 ml 样品接触材质: PTFE, borosilicate glass 通常样品测量时间: Approx. 30 seconds； 使用自动进样器: 10-30 per hour

  16. USTC 主要特点 内置参考测量池（专利技术）可避免系统漂移并缩短测量时间，在0－90 ℃温度范围只需进行一次校正 内置恒温及温度感应器无需外接控温装置，其内置温度感应器可校正并溯源到多个国际标准 全范围粘度自动修正无需配置粘度标准，测试结果可同时显示修正值及非修正值

  17. USTC 数字式密度计型号有： DMA35N便携式密度计- - 适用于电池工业，石化，日化等； DMA38-- 适用于石油化工，制药等； DMA4500/RXA170全自动密度计折光率仪--适用于香精香料，日化，烟草； DMA4500-- 适用于石油，化工，饮料，日用化工等； DMA5000-- 适用于啤酒，血液研究，核工业等；  DMA5000--适用于啤酒，血液研究，核工业等； 密度/折光联用仪型号有： DMA4500/RXA156，DMA4500/RXA170--适用于香精香料、烟草、航空燃油等； 运动粘度/密度计型号：SVM3000--适用于石油、化工及高分子等行业； 落球式粘度计型号：AMVn--适用于油墨、液晶、麦芽等行业； 在线密度/浓度计型号：DPRn/SPRn/DSRn--适用于饮料、啤酒、化工等行业；

  18. USTC H-BD5DS1741手持式液体密度计 测试范围：0-3.00000 g/cc; 准确度： ±1% R; 重复精度：± 0.1% R; 介质最高温度: <120℃ DS1741采用平面纵波行波声阻抗率测试技术测试密度。密度与声阻抗成正比。 适用于所有牛顿流体和大部分非牛顿流体。

  19. USTC l l h • U型管振荡原理 A long vertical U-tube of constant cross-sectional area A has both ends open to the atmosphere and contains liquid of density . The liquid fills each leg to a height h. If the liquid is given a small displacement and released, what is the form of the equation for the period of the resulting oscillatory motion? Neglect friction. 第一种方法：量纲分析法 分析：重力是引起液体柱振荡的恢复力。液柱振荡的周期T 依赖于重力加速度g 和液柱的质量。 （1）写出决定现象的物理量和量纲（SI制） （2）写出量纲矩阵

  20. USTC （3）确定重复变量并检查子行列式（线性无关） 选择 ，g, h （4）求相似参数

  21. USTC l l h 第二种方法：振动分析 分析：重力是引起液体柱振荡的恢复力。液柱振荡的频率,液柱的质量m。 ………. 第三种方法：非定常伯努利方程 ? Oscillating U-tube principle:The oscillating U-tube density meter is based on the principle of a U-tube which has a resonant frequency that is inversely proportional to the square root of its mass. The volume of the tube is given; the density of the liquid sample filled into the U-tube is calculated from its resonant frequency.

  22. USTC §9.2 可压缩流体密度场测量 1 密度和折射率关系 2 光线通过折射率场时发生弯曲 3 阴影仪 4 纹影仪

  23. USTC §9.2 可压缩流体密度场测量 1 密度和折射率关系 光线透过不均匀的折射率场时，一般会发生以下两种类型的变化： (1)光线传播偏离原来的方向； (2)扰动光线相对未扰动光线发生位相差。

  24. USTC §9.2 可压缩流体密度场测量 1 密度和折射率关系 这个公式如何得到的？ 适用范围？

  25. USTC §9.2 可压缩流体密度场测量 1 密度和折射率关系 • Glasdtone-Dale公式只适用于中低温气体。 • 对混合气体

  26. USTC 1 1 1 2 2 2 §9.2 可压缩流体密度场测量 2 光线通过折射率场时发生弯曲

  27. USTC Y O d 密度增大方向 R ra D A ds rb dR C E B (ds) X

  28. USTC 光束ra的光速为C，光束rb的光速为C+dC。 dt 时间内光束ra走了dS 距离，光束rb比光束ra多走了(dS)距离。

  29. USTC §9.2 可压缩流体密度场测量 2 光线通过折射率场时发生弯曲 光线在变密度场中传播时将发生弯曲，光线向密度增加的方向偏转。 光线弯曲的曲率1/R正比于沿光线传播路径法线方向的密度变化 d /dR。

  30. USTC Q* 入射光线  Q 未扰动光线 §9.2 可压缩流体密度场测量 2 光线通过折射率场时发生弯曲 扰动光线

  31. USTC Q* b  Q a y x l §9.2 可压缩流体密度场测量

  32. USTC y x l L §9.2 可压缩流体密度场测量 3 阴影仪（Shadowngraphy）

  33. USTC L x L (x+ ’x) L (y+ ’y) dy L y dx §9.2 可压缩流体密度场测量 3 阴影仪（Shadowngraphy）

  34. USTC §9.2 可压缩流体密度场测量 3 阴影仪（Shadowngraphy） 阴影仪显示了密度的二阶导数。

  35. USTC 阴影图

  36. USTC 阴影图

  37. USTC M1 M2 L2 L1 S Ph K f 2 §9.2 可压缩流体密度场测量 3 纹影仪（Schlieren）

  38. USTC y K f 2 §9.2 可压缩流体密度场测量 3 纹影仪（Schlieren）

  39. USTC h h §9.2 可压缩流体密度场测量 3 纹影仪（Schlieren）

  40. USTC §9.2 可压缩流体密度场测量 3 纹影仪（Schlieren） 纹影仪显示了垂直于刀口方向的密度一阶导数。

  41. USTC §9.2 可压缩流体密度场测量 3 纹影仪（Schlieren）

  42. USTC M §9.2 可压缩流体密度场测量 3 纹影仪（Schlieren） 箭头表示密度增大方向

  43. USTC §9.3 密度场定量测量 • Mach-Zeder干涉仪 相干条件 （1）频率相同、偏振方向相同、有固定的位相差 的两光波。 （2）两光波在相遇点振幅相差不大。 （3）两光波在相遇点光程差不太大。

  44. USTC 试验段 M4 M3 试验光束 参考光束 M2 M1 补偿室 • Mach-Zeder干涉仪

  45. USTC §9.3 密度场定量测量 • 干涉仪（ Mach-Zender Interferometrer） 光程差

  46. USTC -1 O 0 R C +1 H H 记录 再现 §9.3 密度场定量测量 • 全息干涉仪(Holographic Intereferometry) 全息

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