实验三、流量计实验

一、实验目的（填空）

1．掌握  孔板  、文丘利节流式流量计的工作原理及用途；

2．测定孔板流量计的流量系数，绘制流量计的  校正曲线  ；

3．了解  两用式压差计   的结构及工作原理，掌握其使用方法。

二、实验装置

1、在图1-3-1下方的横线上正确填写实验装置各部分的名称：

本实验采用管流综合实验装置。管流综合实验装置包括六根实验管路、电磁流量计、文丘利流量计、孔板流量计，其结构如图1-3-1示。

F1——文丘利流量计  ； F2——  孔板流量计  ；F3——  电磁流量计  ；

C——  量水箱   ；  V——    阀门    ； K——    局部阻力实验管路  

图1-3-1  管流综合实验装置流程图

说明：本实验装置可以做流量计、沿程阻力、局部阻力、流动状态、串并联等多种管流实验。其中V8为局部阻力实验专用阀门，V10为排气阀。除V10外，其它阀门用于调节流量。

另外，做管流实验还用到汞-水压差计（见附录A）。

三、实验原理

1．文丘利流量计

文丘利管是一种常用的量测有压管道   流量  的装置，见图1-3-2属压差式流量计。它包括收缩段、喉道和扩散段三部分，安装在需要测定流量的管道上。在收缩段进口断面1-1和喉道断面2-2上设测压孔，并接上比压计，通过量测两个断面的  测压管水头差  ，就可计算管道的理论流量 Q ，再经修正得到实际流量。

2．孔板流量计

如图1-3-3，在管道上设置孔板，在流动未经孔板收缩的上游断面1-1和经孔板收缩的下游断面2-2上设测压孔，并接上比压计，通过量测两个断面的   测压管水头差   ，可计算管道的理论流量 Q ，再经修正得到实际流量。孔板流量计也属压差式流量计，其特点是结构简单。

图1-3-2 文丘利流量计示意图                       图1-3-3 孔板流量计示意图

3．理论流量

水流从1-1断面到达2-2断面，由于过水断面的收缩，流速增大，根据恒定总流能量方程，若不考虑   水头损失  ，速度水头的增加等于测压管水头的减小（即比压计液面高差），因此，通过量测到的建立了两断面平均流速v₁和v₂之间的一个关系：

如果假设动能修正系数，则最终得到理论流量为：

式中 ，，为孔板锐孔断面面积。

4．流量系数

（1）流量计流过实际液体时，由于两断面测压管水头差中还包括了因  粘性   造成的水头损失，流量应修正为：

其中，称为流量计的流量系数。

（2）流量系数除了反映粘性的影响外，还包括了在推导理论流量时将断面   动能修正系数  、近似取为1.0带来的误差。

（3）流量系数还体现了缓变流假设是否得到了严格的满足这个因素。对于文丘利流量计，下游断面设置在喉道，可以说缓变流假设得到了严格的满足。而对于  孔板流量计  ，因下游的收缩断面位置随流量而变，而下游的量测断面位置是固定不变的，所以缓变流假设往往得不到严格的满足。

（4）对于某确定的流量计，流量系数取决于流动的   雷诺数  ，但当雷诺数较大（流速较高）时，流量系数基本不变。

四、实验要求

1．有关常数：

                                  实验装置编号：No.   5   

孔板锐孔直径：=2.774  cm；面积：A=5.914；

系数：=     261.823    

2．实验数据记录及处理见表1-3-1。

表1-3-1   实验数据记录及处理表

3．以其中一组数据写出计算实例（包含公式、数据及结果）。

（1）汞柱差：87.3-19.0=68.3cm

（2）水头差：=(13.6-1)×68.3=860.58cm

（3）流量（cm³/s）：=17.68×=4911.11cm3/s

（4）=261.823×=7680.75cm3/s

（5）流量系数：==0.63941

4．绘制孔板流量计的校正曲线图

五、实验步骤   正确排序 

（4）．将两用式压差计上部的球形阀关闭，并把V9完全打开，待水流稳定后，接通电磁流量计的电源（接通电磁流量计前务必使管路充满水）记录电磁流量计、压差计的读数；

（1）．熟悉管流实验装置，找出本次实验的实验管路（第4、6根实验管）；

（6）．实验完毕后，依次关闭V9、孔板的两个球形阀，打开两用式压差计上部的球形阀。

（3）．再打开孔板的两个球形阀门，检查汞-水压差计左右两汞柱液面是否在同一水平面上。若不平，则需排气调平；

（2）．进水阀门V1完全打开，使实验管路充满水。然后打开排气阀V10排出管内的空气，待排气阀有水连续流出（说明空气已经排尽），关闭该阀；

（5）．按实验点分布规律有计划地逐次关小V9，共量测12组不同流量及压差；

六、注意事项

1．本实验要求2-3人协同合作。为了使读数的准确无误，读压差计、调节阀门、测量流量的同学要  相互配合  ；

2．读取汞-水压差计的  凸  液面；

3．电磁流量计通电前，务必保证管路  充满水  ；

4．不要启动与本实验中  无关  的阀门。

七、问题分析

1．在实验前，有必要排尽管道和压差计中的空气吗？为什么？

有必要，因为不排尽管道和压差计中的空气，会使汞柱上下浮动，从而产生误差。

2．压差计的液面高度差是否表示某两断面的测压管水头差？怎样把汞-水压差计的压差换算成相应的水头差？

不表示。应该是Δh=

3．文丘利流量计和孔板流量计的实际流量与理论流量有什么差别，这种差别是由哪些因素造成的？

理论流量比实际流量大，因为理想液体没有粘性，而实际液体有粘性，流动时会在管壁、液体内部产生能量损耗。

八、心得体会

通过本次实验，我学习了孔板、文丘利节流式流量计的工作原理和用途，测定了孔板流量计的流量系数并绘制了曲线，对流体力学有了更进一步的认识，动手能力得到了提高。

 

第二篇：流量计(中国石油大学流体力学实验报告)

实验三、流量计实验

一、实验目的（填空）

1．掌握  孔板  、文丘利节流式流量计的工作原理及用途；

2．测定孔板流量计的流量系数，绘制流量计的 矫正曲线 ；

3．了解两用式压差计 的结构及工作原理，掌握其使用方法。

二、实验装置

1、在图1-3-1下方的横线上正确填写实验装置各部分的名称：

本实验采用管流综合实验装置。管流综合实验装置包括六根实验管路、电磁流量计、文丘利流量计、孔板流量计，其结构如图1-3-1示。

F1——   文丘利流量计   ； F2——  孔板流量计   ；F3——  电磁流量计   ；

C——   量水箱      ；  V——   阀门     ； K——  局部阻力试验管路  

图1-3-1  管流综合实验装置流程图

说明：本实验装置可以做流量计、沿程阻力、局部阻力、流动状态、串并联等多种管流实验。其中V8为局部阻力实验专用阀门，V10为排气阀。除V10外，其它阀门用于调节流量。

另外，做管流实验还用到汞-水压差计（见附录A）。

三、实验原理

1．文丘利流量计

文丘利管是一种常用的量测有压管道  流量     的装置，见图1-3-2属压差式流量计。它包括收缩段、喉道和扩散段三部分，安装在需要测定流量的管道上。在收缩段进口断面1-1和喉道断面2-2上设测压孔，并接上比压计，通过量测两个断面的  测压管水头差  ，就可计算管道的理论流量 Q ，再经修正得到实际流量。

2．孔板流量计

如图1-3-3，在管道上设置孔板，在流动未经孔板收缩的上游断面1-1和经孔板收缩的下游断面2-2上设测压孔，并接上比压计，通过量测两个断面的  测压管水头差  ，可计算管道的理论流量 Q ，再经修正得到实际流量。孔板流量计也属压差式流量计，其特点是结构简单。

图1-3-2 文丘利流量计示意图                       图1-3-3 孔板流量计示意图

3．理论流量

水流从1-1断面到达2-2断面，由于过水断面的收缩，流速增大，根据恒定总流能量方程，若不考虑  水头损失  ，速度水头的增加等于测压管水头的减小（即比压计液面高差），因此，通过量测到的建立了两断面平均流速v₁和v₂之间的一个关系：

如果假设动能修正系数，则最终得到理论流量为：

式中 ，，为孔板锐孔断面面积。

4．流量系数

（1）流量计流过实际液体时，由于两断面测压管水头差中还包括了因  粘性    造成的水头损失，流量应修正为：

其中，称为流量计的流量系数。

（2）流量系数除了反映粘性的影响外，还包括了在推导理论流量时将断面动能修正系数、近似取为1.0带来的误差。

（3）流量系数还体现了缓变流假设是否得到了严格的满足这个因素。对于文丘利流量计，下游断面设置在喉道，可以说缓变流假设得到了严格的满足。而对于  孔板流量计  ，因下游的收缩断面位置随流量而变，而下游的量测断面位置是固定不变的，所以缓变流假设往往得不到严格的满足。

（4）对于某确定的流量计，流量系数取决于流动的  雷诺数  ，但当雷诺数较大（流速较高）时，流量系数基本不变。

四、实验要求

1．有关常数：

                                  实验装置编号：No.  9    

孔板锐孔直径：= 2.8106   cm；面积：A=  6.20   ；

系数：=   274.6     

2．实验数据记录及处理见表1-3-1。

表1-3-1   实验数据记录及处理表

3．以其中一组数据写出计算实例。

（1）

（2）（2）=

（3）=

(4) =

(5) (5)=

4．绘制孔板流量计的校正曲线图

五、实验步骤   正确排序 

（4）．将两用式压差计上部的球形阀关闭，并把V9完全打开，待水流稳定后，接通电磁流量计的电源（接通电磁流量计前务必使管路充满水）记录电磁流量计、压差计的读数；

（1）．熟悉管流实验装置，找出本次实验的实验管路（第4、6根实验管）；

（6）．实验完毕后，依次关闭V9、孔板的两个球形阀，打开两用式压差计上部的球形阀。

（3）．再打开孔板的两个球形阀门，检查汞-水压差计左右两汞柱液面是否在同一水平面上。若不平，则需排气调平；

（2）．进水阀门V1完全打开，使实验管路充满水。然后打开排气阀V10排出管内的空气，待排气阀有水连续流出（说明空气已经排尽），关闭该阀；

（5）．按实验点分布规律有计划地逐次关小V9，共量测12组不同流量及压差；

六、注意事项

1．本实验要求2-3人协同合作。为了使读数的准确无误，读压差计、调节阀门、测量流量的同学要相互配合  ；

2．读取汞-水压差计的   凸   液面；

3．电磁流量计通电前，务必保证管路充满水  ；

4．不要启动与本实验中  无关   的阀门。

七、问题分析

1．在实验前，有必要排尽管道和压差计中的空气吗？为什么？

答：有必要。如果排不尽管道中的空气，会使测得的流量有误差，会影响实验结果；如果不排尽压差计中的空气，读出的汞柱高度会有误差，也会影响实验结果。

2．压差计的液面高度差是否表示某两断面的测压管水头差？怎样把汞-水压差计的压差换算成相应的水头差？

答：不是。因为，则，可以通过上式进行换算。

3．文丘利流量计和孔板流量计的实际流量与理论流量有什么差别，这种差别是由哪些因素造成的？

答：理论流量大于实际流量。当实际流体运动时，由于实际流体具有粘性，流体与管壁、流体与流体之间均有摩擦阻力，有局部损耗，所以实际流体运动时有能量损失。而理论流量是假定流体运动时无能量损耗，且动能修正系数取1。

八、心得体会

参加这次流体力学实验，第一次见这么大的实验器材，操作起来是有点困难，需要好几个人的共同配合，一开始由于自己的疏忽，没注意到阀门事先已经被改动，造成实验错误，险些将水银弄出来造成实验事故，这有一次警示了我做实验一定要认真学习，要在事先熟悉试验步骤的情况下在操作实验，同时也教育了我做实验一定要认真，除此之外，此次实验让我学会使用文丘利流量计，以及看到了流体的一些性质，让我们将理论运用到了实际当中。