实验三、流量计实验

一、实验目的

1.掌握孔板、文丘利节流式流量计的工作原理及用途。

2.测量孔板流量计的流量系数α，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，掌握两用式压差计的使用方法。

二、实验装置

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

三、实验原理

1.文丘利流量计。

文丘利流量计是一种常用的测量有压管道流量的装置，属压差式流量计（见图1-3-2）。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，并接上压差计，通过测量两个断面的测压管水头差，可以计算管道的理论流量Q，再经修正即可得到实际流量。

2.孔板流量计

如图1-3-3所示，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上设测压空孔，并接上压差计，通过测量两个断面的测压管水头差可以计算管道的理论流量Q，再经修正即可得到实际流量。孔板流量计也属于压差式流量计，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（即压差计液面高差▽h），因此，通过量测到的△h建立了两个断面平均流速v1和v2之间的关系：

=-=（+）-（+）=-             （1-3-1）

如果假设动能修正系数==1.0，则最终得到的理论流量为：

==

其中：=

式中 A——孔板锐孔断面面积；

A1与A2——分别为1-1，2-2截面面积。

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因粘性而造成的水头损失，所以流量应修正为：

=                  (1-3-3)

其中，α<1.0，成为流量计的流量系数。

（2）流量系数除反映了粘性的影响外，还包括在推倒理论流量时将断面动能系数α1与α2近似取1.0带来的误差。

（3）流量系数体现了缓变流假设是否得到了严格的满足这一因素，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着流量而改变，但下游的测量断面是固定不变的，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，流量系数取决与雷诺数，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.   4  

孔板锐孔直径：=   2.744   ；面积：A=  5.914 ；

系数：=     2.618    

2．实验数据记录及处理见表3-1。

表3-1   实验数据记录及处理表

以其中一组数据写出计算实例。

以第5组实验数据为例：

（１）汞柱差  =-=85.6-36.1=49.5(cm)

（２）水头差  =12.6×=12.6×49.5=623.70(cm)

（３）

=2.618×0.001×3600×                =23.537

（４）由于= 

  所以 =Q/.＝15.70/23.537＝0.667

3．绘制孔板流量计的校正曲线图

 

五、实验步骤

1.熟悉流管实验装置，找出本次实验的实验管路（第4根，第6根实验管）。

2.先将进水阀门V1打开，使实验管路充满水，然后打开排气阀门V１０，排除管内的空气，待排气阀有水连续流出（说明空气已排尽）时关闭阀门V１０。

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；

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；

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；

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。

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、测量流量的同学要互相配合；

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，因为如果管道中有空气，回导致水流不稳定，压差计读数不准确，导致实验误差增大，结果不准确。

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：压差计的液面高度差不一定表示某两断面的测压管水头差。

    水头差=汞-水压差计的压差×（13.6-1）

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：实际中理想流量大于实际流量。

造成这种差别的原因：

1 两断面测压管水头差中包括因粘性而造成的水头损失。

2 推倒理论流量时将断面动能系数α1与α2近似取1.0带来的误差。

3 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着流量而改变，但下游的测量断面是固定不变的，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，流量系数取决与雷诺数，但当雷诺数较大（流速较高）时，流量系数基本不变。

八、心得体会

    通过这次实验，使我学会了如何使用文丘利流量计和孔板压差计，并且掌握孔板流量计和文丘利节流量计的工作原理及用途。实验之前观看了实验录像，但感觉效果不是很好，在见到真实的实验仪器之前，感觉录像中所讲的内容都比较抽象，对整个实验步骤理解就不是很到位。但到了实验室之后，发现就容易理解了，同时又对课堂上上所学的知识进行了加深理解。本次实验最周目的是测量孔板流量计的流量系数α，需要通过绘制流量计的校正曲线来得到。

实验过程中，团队间良好的配合可以更高效的完成实验，一人记录数据，一人读压差，一人控制流量，一人记录流量。

在实验过程中得到了老师详细的讲解指导，使我们能更顺利的完成实验，在此感谢老师的悉心指导！

第二篇：石大流体静力学实验报告

中国石油大学流体静力学实验报告

实验日期：成绩：   

班级：学号：    姓名：  教师：           

同组者：                                                             

 

实验一、流体静力学实验

一、实验目的

1．掌握用液式测压计测量流体静压力的技能。

2. 验证不可压缩流体静力学基本方程，加深对位置水头，压力水头和测压管水头的理解。

3. 观察真空度（负压）的产生过程，进一步加深对真空度的理解。

4. 测定油的相对密度。

5. 通过对诸多流体静力学现象的实验分析，进一步提高解决静力学实际问题的能力。

二、实验装置

本实验的装置如图1-1-1所示

图1-1-1  流体静力学实验装置图

1.测压管                 2.   带标尺的测压管                ；3.连通管                 4.   通气阀                 ；

5.加压打气球             6.  真空测压管                 ；

7.截止阀          ；       8. U形测压管                  ；

9.油柱                 ；  10.  水柱                ；

11.减压放水阀         ；

说明：

（1）  所有测压管液面标高均以标尺（测压管2）零读数为基准

（2）  仪器铭牌所注，，系测点B,C,D的标高。若同时取标尺零点作为静力学基本方程的基准，则，，亦为z ,, .

（3）  本仪器所有阀门旋柄均以顺管轴线为开。

三、实验原理

1. 在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程。

形式一：

                    Z+=const             (1-1-1a)

形式二：

                    P=p+h                (1-1-1b)

式中 z---测点在基准面以上位置高度；

         p---测点的静水压强（用相对压强表示，以下同）；

         p--水箱中液面的表面压强；

        ---液体的重度；

         h----测点的液体深度。

2. 油密度测量原理

当U形管重水面与油水界面齐平（见图1-1-2），取油水界面为等压面，有：

                      p=h=H             (1-1-2)

另当U形管中水面与油界面齐平（见图1-1-3），取油水界面为等压面，有：

                 p+H=H             

   即

               p=—h=H—H          (1-1-3)

图1-1-2                                    图1-1-3

由式（1-1-2），式（1-1-3）两式联立可解得：

                H= h+ h

代入式（1-1-2）可得油的相对密度d为：

              d= =               （1-1-4）

根据式（1-1-4），可以用仪器（怒用额外的尺子）直接测得d。

四、实验要求

1．记录有关常数                            实验装置编号No. 15       

各测点的标尺读数为：

= 2.1 ；   =  —2.9  ；  =  —5.9；

基准面选在测压管2标尺零点所在平面          ； 

   =  —2.9    ；  =  —5.9  ；

2．分别求出各次测量时，A、B、C、D点的压强，并选择一基准验证同一静止液体内的任意二点C、D的()是否为常数？

计算：（以中次序1数据为例处理数据）

  =30.85

  ==42.35

  =47.35

  =50.35

  =44.45

  =50.35-5.9=44.45

故，选取测压管2标尺零点所在平面为基准，同意静止液体内的任意二点C,D的为常数

 3．求出油的重度。                      =    8240    

    计算：由表1-1-2可以得：

                        =16.75*10m

                        =3.15*10m

          代入公式（1-1-4）可得

                       = d*g=0.841*9.8*1000=8240.2

 4．测出6#测压管插入小水杯水中深度。   =      4.10   

                 =-=4.10*10m

 5．完成表1-1及表1-2。

五、实验步骤

   1.了解仪器的组成及其用法，包括：

 （1）各阀门开关。

 （2）加压方法：关闭所有阀门（包括截止阀），然后用打气球充气。

 （3）减压方法：开启筒底减压放水阀11放水。

 （4）检查仪器是否密封：加压后检查测压管1,2,8的液面高程是否恒定。      若下降，则表明漏气，应查明原因加以处理。

  2.记录仪器编号及各常数。

  3.进行实验操作，记录并处理实验数据（见表1-1-1和表1-1-2）。

  4.量测点静压强。

（1）打开通气阀4（此时p=0），记录水箱液面标高和测压管2的液面标高（此时=）。

（2）关闭通气阀4及截止阀7，用打气球加压使p＞0，测记及。

（3）打开减压放水阀11，使p＜0（要求其中一次p＜0,即＜），测记及

  5.测出测压管6插入小水杯中水的深度。

  6.测出油的相对密度d。

 (1)开启通气阀4，测记。

 （2）关闭通气阀4，用打气球加压（p＞0），微调放气螺母使U形管水面  与油水界面水平（见图1-1-2），测记及。（此过程反复进行3次）。

 （3）打开通气阀4，待液面稳定后，关闭所有阀门，然后开启减压放水阀门11降压（p＜0），使U形管中的水面与油面齐平（见图1-1-3），测记及。（此过程反复进行3次）。

六、注意事项

  1.用打气球加压，减压需缓慢，以防液体溢出级油珠吸附在管壁上。打        气后务必关闭加压打气球下端阀门，以防漏气。

  2.在实验过程中，装置的气密性要求保持良好。

表1-1-1  流体静压强计算表

表1-1-2  油相对密度计算表

七、问题分析

1．同一静止液体内的测压管水头线是根什么线?

答：测压管水头指静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度，而测压管水头线则指测压管液面连线，由实验可知同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。

2．当时，试根据记录数据确定水箱内的真空区域。

答：有实验数据可知，水箱内的真空区域包括三部分：一是由测压管2做一水平面，由于测压管内水体与水箱内水体为一等压面且均为大气压强，则水箱内该平面以上水、气的密封区域；二是由箱顶小杯液面至测压管6内水体；三是在测压管8中U形管左侧水面向下深度为深度的水体。以上均为真空区。

3．若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定。

答：在水箱内通大气的情况下，用直尺分别测量管8油水界面至水面的垂直高度h₁和油水界面至油面的垂直高度h₂，由公式可得γ₁h₁=γ₂h₂。

4．如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响?

答：若测压管太细，则会造成毛细现象，造成测量误差。如测量液体为水，测压管液面会随之升高，测量液体为水银，测压管液面则会随之降低。

5．过C点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面?哪一部分液体是同一等压面?

答：不是等压面。测压管和带标尺的测压管是等压面和水箱中的同一高度的水面时等压面。

八、心得体会

通过本次试验，使掌握了如何使用液式测压计测量流体静力压强的技能，让我对位置水头、压力水头和测压管水头有了更深的理解，同时熟练了对于压强的计算，明白了测压管的使用及操作，为今后进一步学习解决静力学问题打下了基础。

通过老师对于虹吸实验的操作与讲解，极大的增强了我对实验的兴趣，更让我对于虹吸有了深入的了解，对于功德杯的使用让我不得不惊叹古人的智慧。

但同时也有一些问题需要注意：比如用打气球加压时一定要控制力量，否则很容易造成有水溢出；在放水减压时也要控制放水速率，特别是在水面与油面接近时更要放慢速度。

最后感谢老师对于实验辛勤而诚恳的指导!