流體原理

流動(dòng)狀態(tài)
流體(氣體和液體)的流動(dòng)可分為三種形態(tài)：湍流、過渡流和層流。
 
湍流是指流體作雜亂無章的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，流線擺動(dòng)頻率及幅度的變化使得流量很難被精確測(cè)量。湍流通常發(fā)生于流速較高和/或管徑較大的管道中。當(dāng)流體中所含固體顆粒必須保持懸浮狀態(tài)以防止顆粒物沉淀或阻塞管道時(shí)，即需要流體處于湍流流動(dòng)狀態(tài)。
過渡流介于層流和湍流之間，其邊緣部分為層流流動(dòng)，中間則為湍流流動(dòng)。與湍流一樣，處于過渡流狀態(tài)的流體流量很難測(cè)量。 
層流通常發(fā)生在流速較低、管徑較小的管道中。其實(shí)，流體在管道中流過，與管道壁接觸的最外層流線由于受粘度的影響根本不運(yùn)動(dòng)，與其相鄰的內(nèi)層流線摩擦力則小一些，作最緩慢的流動(dòng)，以此類推，管道最中間的流線流速最大。 
 
流動(dòng)的概念
雷諾數(shù)
怎樣來界定湍流、過渡流和層流？科學(xué)家Osborne Reynolds發(fā)現(xiàn)流體的流動(dòng)狀態(tài)與流體的密度、平均速度、管徑大小及流體粘度有關(guān)。該無量綱(沒有單位)系數(shù)有助于預(yù)測(cè)流動(dòng)狀態(tài)的變化，簡(jiǎn)單來講，雷諾數(shù)可定義為：
密度 × 平均速度 × 管徑 / 粘度
一般雷諾數(shù)小于2000為層流，2000～4000為過渡流，大于4000為湍流。從雷諾數(shù)等式中我們可以看到：粘度不變的情況下，減小密度、平均速度和/或管徑，可使處于湍流流動(dòng)的流體趨向于層流流動(dòng)，也可通過保持密度、平均速度和管徑不變的情況下增大流體粘度來實(shí)現(xiàn)。反之則可使流體流動(dòng)更趨向于湍流。
壓損
壓損是指流量通過管道或通道時(shí)的壓力損失。如果您往一根長(zhǎng)一英里的管道內(nèi)吹氣，在管道另一端可能什么都感覺不到，這就是由于壓損的關(guān)系。流體通過管道時(shí)，與管道壁之間產(chǎn)生的摩擦力以及流體本身微粒之間的摩擦力都會(huì)造成壓力損失，壓損與流體運(yùn)動(dòng)距離近似成正比。
質(zhì)量流量 & 體積流量
質(zhì)量是一個(gè)常數(shù)，是指一個(gè)物體所含物質(zhì)的量的多少。體積是指物體所占空間的多少，物體體積隨壓力、溫度和其它一些因素的變化而變化。對(duì)流量來說，當(dāng)處于室溫且壓力較低的情況下，質(zhì)量流量和體積流量幾乎完全相同，但會(huì)隨著溫度和/或壓力改變而產(chǎn)生急劇變化，因?yàn)闅怏w的體積直接受溫度和壓力的影響。 例如：用體積流量為250ml的氦氣填充氣球，在進(jìn)氣口前端放置一臺(tái)時(shí)開時(shí)關(guān)的燃燒爐用以間歇性加熱管道內(nèi)氣體，由于體積流量計(jì)只測(cè)量氣體的體積流量，所 以開始的時(shí)候所有氣球大小都一樣，但若把這些氣球都搬到室內(nèi)使其維持在一個(gè)穩(wěn)定的溫度下，便會(huì)呈現(xiàn)出各種不同大小。相反，若用質(zhì)量流量為250ml的氦氣 充滿氣球，那么氣球大小一開始會(huì)不同，當(dāng)溫度趨于穩(wěn)定后，便都會(huì)變成一樣大小了。
壓力對(duì)體積流量的影響
Alicat 體積流量計(jì)(V系列)和體積流量控制器(VC系列)專門設(shè)計(jì)用于低壓應(yīng)用。這是因?yàn)槿粢美脡翰顏砭_地測(cè)量體積流量，則通過兩端壓力傳感器的流體必須處于層流狀態(tài)。流動(dòng)狀態(tài)用雷諾數(shù)來量化，若雷諾數(shù)大于某一個(gè)數(shù)值則為非層流運(yùn)動(dòng)。大多數(shù)Alicat 體積流量設(shè)備都可有效測(cè)量管道壓力不超過10～15PSIG的空氣。
一般來講，當(dāng)管道壓力大于15PSIG時(shí)，使用Alicat 的質(zhì)量流量設(shè)備較為合適，因?yàn)樾枰~外的傳感器來補(bǔ)償因密度增大而引起的變化。