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。

第二篇：中国石油大学流体力学实验-沿程阻力

      中国石油大学（华东）工程流体力学实验报告

实验日期：              成绩：       

班级：             学号：           姓名：          教师：             

同组者：                  

实验七沿程阻力实验             

一、实验目的

1、掌握测定镀锌铁管管道沿程阻力系数的办法。

2、在双对数坐标纸上绘制λ-Re关系曲线。

3、进一步了解沿程阻力系数随雷诺数的变化规律。

二、实验目的

实验装置本实验采用管流实验装置中的第一根管路，即实验装置中最细的管路。在测量较大压差时采用两用式压差计中的汞-水压差计；压差计较小时换用水-气压差计。

另外，还需要的测量工具有量水箱、量筒、秒表、温度计等。

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  管流综合实验装置流程图

三、实验原理

本实验所用的管路水平放置且等直径因此利用能量方程式可以推导出管路两点间的沿程水头损失计算公式为：

由上式可以得到沿程阻力系数的表达式为：

沿程阻力系数在层流时只与雷诺数有关，在紊流时与雷诺数、管壁粗糙度都有关。

当实验管路粗糙度保持不变时，可以得到该管的λ-Re关系曲线

四、实验操作

1、阀门V1完全打开。一般情况下V1是打开的，检查是否开到最大即可。

2、打开阀门V10排气，排气完毕后阀门关闭。

3、打开实验管路左右测点及压差计上方的球形阀，检查压差计左右液面是否齐平，若不齐平需排气。

4、用打气筒将水气压差计的液面打到中部，关闭压差计上下方的三个球形阀，将阀门V11完全打开。带水流稳定后，记录压差计读数，同时用测体积法测流量。

5、逐次关小阀门V11，记录17组不同的压差及流量。

6、用量筒从实验管路中接足量的水，放入温度计五分钟后读出水的温度，查《水的密度和粘度表》得到动力粘度。

7、实验完毕后，依次关闭阀门V11及实验管路左右两侧点的球形阀，并打开两用式压差计上部的球形阀。

五、注意事项

1、本实验要求从大流量开始做，然后逐渐调小流量，且在实验的过程中阀门V11不能逆转。

2、实验点分配尽量合理，在记录压差和流量时，数据要一一对应。

3、使用量筒、温度计等仪器时一定要注意安全。

4、做完实验后，将量筒、温度计放回原处，将秒表交回。

六、数据处理

1、有关常数 ：                       实验装置编号：No. 7

管路直径： D = 1.58 ×10^-2    m；      

水的温度： T =   17.0        ℃；

水的密度： ρ=   998.80       kg/m³；   

动力粘度系数： μ=   1.0828×10^-3   Pas；

运动粘度系数： ν =  1.084×10^-6     m²/s；    

两测点之间的距离：L=   5   m

表1   沿程阻力实验数据记录表

2、以第一组数据为例进行数据处理说明：

管路截面积：

流量：

流速：

水头损失：

雷诺数：

阻力系数：

表2 沿程阻力实验数据处理

3、在双对数坐标纸上绘制λ-Re关系曲线如下图所示：

图2  实验管路的λ-Re关系曲线

七、问题分析

1、如果将实验管安装成倾斜的，则压差计中的读数差是不是沿程水头损失？

答：是，由伯努利方程的得，可知当管路倾斜时，由于z₁-z₂=h，但p₁-p₂=h，故不会改变。

2、随着管路使用年限的增加，λ-Re关系曲线会有什么样的变化？

答：随着使用年限的增加，试验管路的粗糙度Δ变大，会随之变大，从而-关系曲线向上移动。

3、当流量和实验管段长度相同时，为什么管径愈小，两段面的测压管液面差愈大？它们之间的变化规律如何？

答：当流量、实验管段长度相同时，管径越小则流速v越大，由，v=Q/（πD²/4），所以，h_f与D⁵成反比，D越大则h_f越大，所以管径越小两断面的测压管液面差愈大。变化规律即如所示。