background image

 

 

Flow Measurement

• Direct Method
• Restriction Flow Meter

– Orifice Plate
– Flow Nozzle
– Venturi

• Linear Flow Meters
• Traversing Methods

background image

 

 

Direct Method

Liquid

Gas

background image

 

 

Restriction Flow 
Meters

1

2

V

1

V

2

D

1

D

2

D

t

Vena contracta

Assumptions:
(1) 

Steady flow

(2) 

Incompressible flow

(3) 

Flow along a streamline

(4) 

No friction

(5) 

Uniform velocity at 1 

and 2

(6) 

Uniform pressure at 1 

and 2

(7) 

z

1

=z

2

Theoretical Flow Rate

Basic equations:

2

2

2

2

2

2

1

1

V

p

V

p

CS

CV

A

d

V

V

d

t

0

= 0

background image

 

 

1

2

V

1

V

2

D

1

D

2

D

t

Vena contracta

2

2

2

2

2

2

1

1

V

p

V

p

CS

CV

A

d

V

V

d

t

0

= 0

2

2

1

1

A

V

A

V







2

2

1

2

2

2

1

2

2

2

1

1

2

2

V

V

V

V

V

p

p

2

1

2

2

2

1

or   









A

A

V

V







2

1

2

2

2

2

1

1

2

A

A

V

p

p

Theoretical Flow Rate

]

1

[

2

2

1

2

2

1

2

A

A

p

p

V

2

1

2

1

2

1

2

2

2

2

l

theoretica

2

]

1

[

p

p

A

A

A

A

V

m

background image

 

 

Theoretical Flow Rate vs(versus) Actual Flow Rate 

2

1

2

1

2

1

2

2

l

theoretica

2

]

1

[

p

p

A

A

A

m

2

1

2

1

2

1

actual

2

]

1

[

p

p

A

A

CA

m

t

t

Cdischarge coefficient

Let  = D

/D

1

,

 

then (A

t

 / A

1

)

2

 = (D

/D

1

)

=

 

4

2

1

2

1

4

actual

2

]

1

[

p

p

CA

m

t

factor

-approach 

elocity-of

  

:

1

1

4

2

1

actual

2

p

p

KA

m

t

2

1

4

]

1

[ 

C

K

background image

 

 

Cdischarge coefficient

For the turbulent flow regime,

n

D

b

C

C

1

Re

Flow-coefficient equation has the form of 

n

D

b

K

K

1

Re

1

1

4

Subscript  denotes the coefficient at infinite Reynolds number. 

background image

 

 

Flow Meter Installation

• Flow  meter  coefficients  are  measured 

with  fully  developed  turbulent  velocity 
distributions at the meter inlet.

• If  installed  downstream  from  a  valve,  a 

fitting,  or  other  disturbance,  a  straight 
section pipe must be placed in front of the 
meter.

– For venturi meters, L

straight pipe

  10 D

– For  orifice-plate  or  flow  nozzle  meters, 

L

straight pipe

  40 D

background image

 

 

Flow Meter Type

Head Loss

Cost

D

1

D

t

Orifice

High

Low

D

1

D

t

Flow Nozzle

IntermediateIntermediate

D

1

D

t

Venturi

Low

High

Characteristics of Restriction Flow Meters

background image

 

 

The Orifice Plate

D

2

D

''

1

''

1

Flow

D and D/2 taps

Corner taps

Flange taps

75

.

0

5

.

2

8

1

.

2

1

Re

71

.

91

184

.

0

0312

.

0

5959

.

0

D

C

7

4

10

Re

10

  

and

  

75

.

0

2

.

0

For  

1

D

For corner taps

background image

 

 

The Flow Nozzle

Nozzle

2

D

1

p

0

1

V

Flow

Plenum chamber

Flow

2

D

1

D

1

V

1

p

2

p

5

.

0

5

.

0

1

Re

53

.

6

9975

.

0

D

C

7

4

10

Re

10

  

and

  

75

.

0

2

.

0

For  

1

D

ASME long-radius nozzle

background image

 

 

The Venturi

• Discharge coefficients range from 0.98 

to 0.995 at high Reynolds numbers.

• All restriction flow meters produce 

pressure differentials proportional to 
the square of the flow rate.

• A meter must be chosen to 

accommodate the highest expected 
flow rate.

background image

 

 

Linear Flow Meters

• Flow meters produce outputs that 

are directly proportional to flow 
rate.

• Examples of linear flow meter

– Float meter (rotameter), turbine flow 

meter, vortex flow meter, 
electromagnetic flow meter, 
ultrasonic flow meter.

background image

 

 

background image

 

 

Traversing Methods

• The duct cross section is subdivided 

into segments of equal area; the 
velocity is measured at the center of 
each area segment using a pitot tube 
or a suitable anemometer.

• Flow meter can be used for traversing 

method

– Pitot tube, thermal anemometer, Laser 

Doppler anemometer.

background image

 

 

Homework: 8.88, 8.145, 8.159, 8.167


Document Outline