实验3 流量计性能测定实验

一、实验目的

⒈了解几种常用流量计的构造、工作原理和主要特点。

⒉掌握流量计的标定方法（例如标准流量计法）。

⒊了解节流式流量计流量系数C随雷诺数Re的变化规律，流量系数C的确定方法。

⒋学习合理选择坐标系的方法。

二、实验内容

⒈通过实验室实物和图像，了解孔板、1/4园喷嘴、文丘里及涡轮流量计的构造及工作原理。

⒉测定节流式流量计（孔板或1/4园喷嘴或文丘里）的流量标定曲线。

⒊测定节流式流量计的雷诺数Re和流量系数C的关系。

三、实验原理

流体通过节流式流量计时在流量计上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量的关系为：

式中：被测流体(水)的体积流量，m³/s；

         流量系数，无因次；

         流量计节流孔截面积，m²；

         流量计上、下游两取压口之间的压强差，Pa ；

         被测流体(水)的密度，kg／m³ 。

用涡轮流量计和转子流量计作为标准流量计来测量流量V_S。每一个流量在压差计上都有一对应的读数，将压差计读数△P和流量V_s绘制成一条曲线，即流量标定曲线。同时用上式整理数据可进一步得到C—Re关系曲线。

四、实验装置

该实验与流体阻力测定实验、离心泵性能测定实验共用图1所示的实验装置流程图。

⒈本实验共有六套装置，流程为：A→B(C→D)→E→F→G→I 。

⒉以精度0.5级的涡轮流量计作为标准流量计，测取被测流量计流量（小于2m³/h流量时，用转子流量计测取）。

⒊压差测量：用第一路差压变送器直接读取。

图1 流动过程综合实验流程图

⑴—离心泵；⑵—大流量调节阀；⑶—小流量调节阀；⑷—被标定流量计；⑸—转子流量计；⑹—倒U管；⑺⑻⑽—数显仪表；⑼—涡轮流量计； ⑾—真空表；⑿—流量计平衡阀；⒁—光滑管平衡阀；⒃—粗糙管平衡阀；⒀—回流阀；⒂—压力表；⒄—水箱；⒅—排水阀；⒆—闸阀；⒇—截止阀；a—出口压力取压点；b—吸入压力取压点；1-1’—流量计压差；2-2’—光滑管压差；3-3’—粗糙管压差；4-4’—闸阀近点压差； 5-5’—闸阀远点压差；6-6’—截止阀近点压差；7-7’—截止阀远点压差；J-M—光滑管；K-L—粗糙管

五、实验方法:

⒈按下电源的绿色按钮，使数字显示仪表通电预热，调节第1路差压变送器的零点,关闭流量调节阀⑵⑶。

⒉按下离心泵的绿色按钮，启动离心泵；开启流量调节阀⑵⑶，将回流阀⒀全开，并旋开平衡阀⑿，赶净管路和导压管路内的气泡。

⒊在流量为0时，检查压差数字显示器第1路是否为零。若不为零，则说明系统内有气泡存在，需赶净气泡方可测取数据。

⒋用阀⑴⑵调节流量，从小流量至大流量或从大流量至小流量测取12～15组数据(同时测量压差和流量)，并记录水温。

⒌继续其它实验。 实验结束后，关闭流量调节阀，切断电源。

六、注意事项

⒈启动离心泵之前，必须检查流量调节阀⑵⑶是否关闭。

⒉赶气时，务必先打开平衡阀，但测数据时则必须关闭平衡阀。

七、报告内容

⒈将实验数据和整理结果列在数据表格中，并以其中一组数据计算举例。

⒉在合适的坐标系上，标绘节流式流量计的流量V_S与压差△P的关系曲线（即流量标定曲线）、流量系数C与雷诺数Re的关系曲线。

⒊回答下列思考题：

⑴试验管路及导压管中如果积存有空气，为什么要排除?

⑵什么情况下的流量计需要标定?标定方法有几种?本实验是用哪一种?

⑶U管压差计上装设的平衡阀有何作用？在什么情况下应开着?在什么情况下应该关死?

八、设备主要参数

 

第二篇：流量计性能测试实验

流量计性能测试实验

一、实验目的

1．掌握流量计性能测试的一般实验方法；

2．了解倒U型压差计的使用方法；

3．应用体积法，测定孔板流量计、文丘里流量计的标定曲线;

4．验证孔板流量计、文丘里流量计的孔流系数C₀与雷诺数Re的关系曲线。

二、实验装置与流程

实验装置如图1所示，由水箱、管道泵、孔板流量计、文丘里流量计、倒U型管压差计、流向转换器、计量筒、各种阀门和不锈钢进、出水管道等组成。

1－水箱；  2－切断阀；  3－管道泵；  4－切换阀；  5－切换阀； 6－文丘里流量计；  7－孔板流量计；  8、9－倒U型管压差计；  10－流量调节阀；  11－流向转换器；12－计量筒； 13－放水阀；  A1、B1、A2、B2—倒U型管切断阀；   C1、C2－倒U型管平衡阀 ； D1、D2－倒U型管排气阀

图1  流量计性能测试实验装置流程示意图

水从水箱1由管道泵3输送至管路，分别流经文丘里流量计6、孔板流量计7所在测试管路和流量调节阀10后，通过流向转换器11到达计量筒12进行计量，然后返回水箱，循环使用。实验测试管路有二段并联的水平管组成,自上而下分别用于孔板流量计和文丘里流量计的性能测试。在每段测试管路的进口上，分别装有切换阀，用于选择不同的实验测试内容。

管路内流量由计量筒12和秒表配合进行测量，并由出口流量调节阀11调节流量，流体流过孔板流量计和文丘里流量计的压差可分别用与各流量计相连的倒U型管压差计9和8测量，流体的温度可用温度计直接测量。

三、原理和方法

流体流过孔板流量计或文丘里流量计时，都会产生一定的压差，而这个压差与流体流过的流速存在着一定的关系。

1．孔板流量计或文丘里流量计的标定

流体在管内的流量可用体积法测量：

V= a·Dh /t                               (1)  

式中： V——管内流体的流量，L/s；

a——体积系数，即计量筒内水位每增加1cm所增加的水的体积，本实验中a=0.6154  L/cm；

Dh——计量筒液位上升高度，Dh = h₁- h₀，cm；

h₁——计量筒内水位的初始读数，cm；

h₀——计量筒内水位的终了读数，cm；

t ——与Dh 相对应的计量时间，s。

测出与V相对应的孔板流量计（或文丘里流量计）的压差读数R，即可在直角坐标纸上标绘出对应流量计的V～R标定曲线。

其中，    R ——孔板流量计（或文丘里流量计）的压差读数，cm。

2．孔流系数C₀与雷诺数Re关系测定

流体在管内的流量和被测流量计的压差R存在如下的关系：

                                      (2)

其中，

 [N/m²]                                                                                                   （3）

                                                                                                              

                                                        (4)

式中：

A₀——孔板流量计的孔径（或文丘里流量计喉径）的截面积，m²，本实验中孔板孔d₀=17.786mm，文丘里流量计喉径d₀=19.0mm；

C₀——孔板流量计（或文丘里流量计）的孔流系数；

g——重力加速度，g=9.807m/s²。

又知

                            （5）

式中：  Re——雷诺数；

          ——水管的内径，m，本实验中=0.0238m；

          r—— 流体的密度，kg/m³；

m—— 流体的粘度，Pa·s。

——水管内流体流速，m/s,；

其中

 =                                     （6）

根据实验所测到的R和V值，再根据流体温度t查取r、m值，即可算出一系列的C₀～Re值，将这些计算结果标绘在单对数坐标纸上（Re取对数坐标），便可得到孔板流量计（或文丘里流量计）C₀～Re关系曲线。

四、实验操作步骤和注意事项

1．全开实验装置主管道上所有阀门（阀2、阀4、阀5和阀10），全关倒U型差压计上的阀门，将流向转换器的出口转向排水侧，开启管道泵。

2．孔板流量计的标定：

2.1开启管道泵约5分钟后，关闭阀4、阀10，打开与孔板流量计相连的倒U型差压计9上的阀门A2、B2和D2（当A2、B2和D2的手柄处于水平位置时，阀处于关的位置；当A2、B2和D2的手柄处于垂直位置时，阀处于开的位置，另一U型差压计上的阀门A1、B1和D1的开关位置也是如此。），对倒U型差压计9进行排气操作。

2.2在倒U型差压计的玻璃管上看不到上升的气泡后，先关闭阀门A2、B2，再将阀门C2的手柄箭头旋向左边，将倒U型差压计的其中一根玻璃管内的水放到约5～10cm高度，然后将阀门C2的手柄箭头旋向右边，将倒U型差压计的另一根玻璃管内的水放到约5～10cm高度，最后关闭C2阀（即将C2阀的手柄箭头旋到垂直位置），关闭D2阀，打开A2、B2阀，至此倒U型差压计的排气操作工作即算完成。

2.3缓慢打开流量调节阀10，这时U型差压计9的差压读数也同步慢慢增大，当差压计的读数接近65～70cm时，停止调节流量调节阀10。

2.4关闭阀13，记下计量筒内水位的初始读数，并将秒表清零，在将流向转换器的出口转向计量筒的计量侧的同时按下秒表开始记时，当计量筒内的水位高到离顶部还有约5cm时，迅速将流向转换器的出口转向排水侧，同时按下秒表停止记时，读下秒表上的测量时间，待计量筒内水位稳定后（一般要求波动小于0.1cm），读下计量筒内水位的终了读数，随后打开阀13，将计量筒内的水放完，在计量筒放水的同时，双手同时关闭倒U型差压计上阀A2、B2，读取倒U型差压计上读数R，当计量筒内的水放到合适的高度（桶内一般留1cm左右高度的水位）时，关闭阀13。

2.5本实验一般测定6～10个实验点，考虑到测量精度要求，最小倒U型差压计的读数R要求在2cm以上，根据R的最大读数和最小读数以及要测的实验数据组数，确定每个实验测试点的R大小，然后通过减小流量调节阀开度的方法，将R调到所需的值，接着重复操作步骤2.4，直到测完所需要测定的6～10组实验数据，最后用温度计测出水箱里的水温。

3．文丘里流量计的标定

3.1 打开阀4，关闭阀5、阀10，打开与文丘里流量计相连的倒U型差压计8上的阀门A1、B1和D1，对倒U型差压计8进行排气操作。

3.2在倒U型差压计的玻璃管上看不到上升的气泡后，先关闭阀门A1、B1，再将阀门C1的手柄箭头旋向左边，将倒U型差压计的其中一根玻璃管内的水放到约5～10cm高度，然后将阀门C1的手柄箭头旋向右边，将倒U型差压计的另一根玻璃管内的水放到约5～10cm高度，最后关闭C1阀（即将C1阀的手柄箭头旋到垂直位置），关闭D1阀，打开A1、B1阀，至此倒U型差压计的排气操作工作即算完成。

3.3缓慢打开流量调节阀10，这时U型差压计8的差压读数也同步慢慢增大，当差压计的读数接近65～70cm时，停止调节流量调节阀10。

3.4关闭阀13，参照2.4和2.5进行实验。相应曲线见图4和图5。

图4 文丘里流量计标定曲线

图5  文丘里流量计C₀～Re关系曲线

4．实验结束后，关闭管道泵，并将实验装置恢复原状。

注意事项

1．每个实验项目测试前都应对倒U型差压计进行排气；

2．测量压差时，C1或C2阀应始终处于关闭状态。

五．实验数据记录

专业                    姓名               学号                  

日期                    地点              装置号                 

同组同学                                                

                            水温              

六、实验报告

1．根据实验数据记录表，用列表法分别列出本次实验的孔板流量计和文丘里流量计的流量V、孔流系数C₀和雷诺数Re的各计算值；

2．列出一组完整的计算示例；

3．在双对数坐标纸上分别绘制出孔板流量计、文丘里流量计的V～R标定曲线；

4．在单对数坐标纸上分别绘制出孔板流量计、文丘里流量计的C₀～Re曲线；

5．对得到的实验结果进行分析讨论。

七、思考问题

1．倒U型管压差计应如何进行排气？

2．紧靠孔板流量计前后测得的差压，是否代表流体通过流量计的永久阻力损失？为什么？

3．在对实验装置的引压管路进行排气操作时，为什么要关闭装置出口的流量调节阀？

4．如果不用体积法还可以用什么方法来校正流量计？