流量与压力关系指南

流量与压力关系——如何计算？
确定管道系统后，管道系统中存在两种主要的压力与流量关系：管道系统中的压力通常会导致流量增加，但具体关系可能因系统中主要阻力来源的不同而异。对于许多以摩擦阻力为主的系统，压降与流量之间的关系是二次方的。

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在流体动力学中，流量和压力是描述流体（例如液体和气体）如何流经管道、阀门和泵等系统的两个基本参数。

为了理解流量和压力之间的关系，我们需要了解流量和压力分别是什么，如何根据压差计算流量，以及常用的流量计有哪些。

压力、流量与管道直径之间的关系

什么是压力？

压力：指流体作用于单位面积上的力。压力用符号 P 表示，通常以帕斯卡 (Pa)、巴或磅/平方英寸 (psi) 为单位进行测量。

什么是流量？

流量：指单位时间内流体通过给定表面或点的体积。它常用符号 Q 表示。常用单位包括升/分钟 (L/min) 或立方米/小时 (m³/h)。

流量也分为质量流量和体积流量。当流体量以体积表示时，称为体积流量；当流体量以质量表示时，称为质量流量.

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什么是管道直径？

管道值径是指当管壁较薄时，管道外径几乎等于内径。因此，通常将管道外径和内径的平均值作为管径。

管道值径通常指的是普通合成材料或金属管道。当内径较大时，也采用内径和外径的平均值作为管径。

基于公制单位（毫米），管径用DN表示。

压力会影响流量吗？

是的，压力确实会影响流量。影响因素包括系统的阻力、流体流动模式、流体特性等等。在设计和运行流体系统时，需要考虑这些因素，以确保系统高效安全运行。

流量与压力关系

首先，流量 = 流速 × 管道内径 × 管道内径 × π÷4。因此，流量和流速基本上可以通过其中一个已知数来计算另一个参数。

但是，如果已知管道直径 D 和管道内的压力 P，能否计算出流速呢？

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答案是：目前还无法确定管道内流体的流速和流速。

假设管道末端有一个阀门。当阀门关闭时，管道内的压力为 P，此时管道内的流速为零。

因此，管道内的流速并非由管道内的压力决定，而是由沿管道的压力梯度决定。所以，需要知道管道的长度以及管道两端的压力差，才能计算出管道的流速和流量。

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如果从定性分析的角度来看，管道中的压力与流量成正比。也就是说，压力越大，流量越大。流量等于流速乘以截面积。

对于管道的任何截面，压力都只来自一端。也就是说，压力方向是单向的。当压力方向上的出口关闭（阀门关闭）时，管道中的流体无法流动。一旦出口打开，其流量就取决于管道中的压力。

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进行定量分析时，可以使用水力模型实验。安装压力表、流量计或测量流量。对于压力管道流，也可以进行计算。计算步骤如下：

flow rate and pressure 2 — **延伸阅读：** 液体沥青/柏油流量计

计算管道的比阻力 S。如果是旧铸铁管或旧钢管，管道的比阻力可使用 Sheverev 公式计算：s=0.001736/d^5.3 或 s=10.3n²/d^5.33。或者查阅相关表格。
确定管道两端的工作水头差 H=P/(ρg)。如果存在水平落差 h（指管道起点高于终点 h），则 H=P/(ρg)+h。
公式中：H 的单位为 m；
P 为管道两端的压力差（而非某一截面的压力），单位为 Pa；
计算流量 Q：Q = (H/sL)^(1/2)
流速 V=4Q/(3.1416 * d²)
公式中：Q——流量，单位为 m³/s；
H——管道起点和终点之间的水头差，单位为 m；
L——管道起点到终点的长度，单位为 m。

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流量和压力公式

提到流量和压力，很多人可能会想到伯努利方程。

Bernoulli's equation — **延伸阅读：**测量流体管道流量时如何安装压力传感器？

丹尼尔·伯努利于1726年首次提出：“在水流或气流中，如果流速低，压力就高；如果流速高，压力就低。”我们称之为“伯努利原理”。

这是在流体力学连续介质理论方程建立之前，水力学的基本原理。其本质是流体机械能守恒，即：动能 + 重力势能 + 压力势能 = 常数。

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必须注意这一点。因为伯努利方程是由机械能守恒定律推导出来的。因此，它仅适用于黏度可忽略不计且不可压缩的理想流体。

伯努利原理通常表达为：

这个公式称为伯努利方程。
其中：

p 为流体中某一点的压力；
v 为流体在该点的流速；
ρ 为流体密度；
g 为重力加速度；
h 为该点的高度；
C 为常数。

它也可以表示为：

假设：

要应用伯努利定律，必须满足以下假设。如果以下假设未能完全满足，则所得解也只是近似解。

稳态流：在流体系统中，流体在任何一点的性质不随时间变化。
不可压缩流：密度保持恒定；当流体为气体时，马赫数 (Ma) < 0.3 时适用。
无摩擦流：摩擦效应可以忽略不计，粘性效应也被忽略。
流体沿流线流动：流体微团沿流线流动。流线彼此不相交。

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如何计算管道中的流量？

流量 Q 可以使用以下公式计算：

Q = A × v

其中：
Q 为流量，通常以 m³/s 或 L/min 为单位。
A 为管道的横截面积。对于圆形管道，可以使用公式 π×(d/2)² 计算，其中 d 为管道直径。
v 为流体在管道中的平均流速，通常以 m/s 为单位。

因此，要计算管道中的流量，您需要知道管道的直径和流体的流速。

如何根据压力计算流量？

直接根据压力计算流量比较复杂，因为它们之间的关系受多种因素影响，例如管道尺寸、流体粘度和管道粗糙度。但在某些特定条件下，可以使用以下公式：

对于层流（流速较慢且流体流动平稳）：

Q=(πd^4△P)/ (128*μ *L)

其中：
Q 为流量。
d 为管道直径。
ΔP 为管道两端的压差。
μ 为流体粘度。
L 为管道长度。

对于湍流（流速较快且流体流动不稳定），它们之间的关系更为复杂，需要使用更复杂的公式或经验曲线。

总之，直接根据压力计算流量需要考虑多种因素。在实际应用中，通常使用流量计直接测量流量，或使用软件和仿真工具进行估算。

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