实验八 毕托管的校正

（一）   实验目的：

1、  了解毕托管测速原理及标定方法

2、  学会求出毕托管的基本系数方法

（二）仪器和设备

1、  低速直流式小风洞

2、  标准毕托管

3、  微压计或压力传感器

4、  计算器或计算机数据采集系统

实验装置：见图1

（三）、基本原理

在流动的理想不可压流体中，毕托管测速的理论公式为：，
此式表明知道了流场中的总压（P₀），和静压（P），其压差为动压，由动压可算出流体速度。

                                                   （12-1）

毕托管的头部通常为半球形或半椭球形，直径应选d≤0.035D，（D为被测流体管道的内径），总压孔开在头部的顶端，孔径为0.3d，静压孔开在距顶端3～5d处，距支柄8～10d的地方，一般为4～8个均匀分布的Φ=0.1mm小孔，总压与静压分别由两个细管引出，再用软胶皮管连到微压计或差压传感器上，既可测出动压，从而可计算出流速。

若要测量流场中某一点的速度，需将毕托管的顶端置于该点并使总压孔正对来流，通过微压计或差压传感器就能得到该点动压，在来流是空气的情况，由 ， （ρ是空气密度）。但由于粘性及毕托管加工等原因，不是正好满足，需要进行修正。根据有关毕托管的定义，我们引入修正值ξ所以：

 

                                                              （12-2）

风洞出口密度ρ近似等于大气密度                        ,

式中  ——室温℃   ——大气压力 Pa，R——气体常数为287J/（Kg·K）ξ——毕托管（测速管）校正系数，它是用实验方法标定的，各个毕托管的ξ不同，都接近1。

    实验用的毕托管，认为是标准的，取ξ≌1。

    标定毕托管是将待标定的毕托管与标准的毕托管安装在风洞实验段的适当位置上，（总的要求是让两支管子处于同一个均匀流区），因为是均匀流，通过测量值的比较待校毕托管的校正系数ξ_C可求出。

待校毕托管的速度：

 

                                                              （12-3）

                                                         （12-4）

上式是毕托管标定的基本公式，通常在10个不同风速下测量，其取其平均值。同理也可以用10个不同风速下的 和来求取，如编成程序以便较快地求出。

（四）实验步骤：

1、  作好实验准备工作，如准确地安装毕托管、微压计调成水平或差压传感器调零，打开电压表。

2、  合上电源，启动电频，开动风洞，待转速稳定后分别读出两台微压计的值，输入计算器进行计算，或采用计算机采集毕托管动压，一共取10组数据进行计算。

3、  风洞停止运转，操作计算器或用计算机算出最后结果。

4、  依据实验数据分析、判定是否需要重复实验或移动毕托管的位置进行实验。

5、  结束实验，整理好各种仪器设备。

6、  编写实验报告。

（五） 实验记录与数据处理

1、 记录以下数据

大气压   =     Pa， 大气温度    =      ℃

    2、 记录计算表

第二篇：毕托管

实验注意事项：

本实验中主要是对旋风分离器的分离性能进行实验研究。旋风分离器的入口流量由引风机闸板开度调节并由毕托管测量。旋风分离器的总压降为入口静压和排气室中的静压之差。实验入口流量控制在150～250 m3／h。分别对滑石粉、催化剂、和水3种不同物性物料的分离性能进行了对比．另外还对催化剂在入口浓度为0.5、1、2 g／m³下的分离性能进行了对比实验。实验中每组取4个流量进行测量。每个流量下测量2次。

总压降随着人口流量的增加是不断增大的．二者之间的关系为

其中，为阻力系数。阻力系数和人口流量的关系如：

3.3.2 有关流量的计算

圆管内流体运动的数学描述

    （1）流体的力平衡

    左端面的力：

    右端面的力：

    外表面的剪切力：

    圆柱体的重力：

    因流体在均匀直管内作等速运动，各外力之和必为零，即：

    （2）剪应力分布

    将、、、代入上式，并整理

    此式表示圆管中沿管截面上的剪应力分布。由以上推导可知，剪应力分布与流动截面的几何形状有关，与流体种类、层流或湍流无关，即对层流和湍流皆适用。由此式可看出，，其值最大。

（3）层流时的速度分布

    层流时服从牛顿粘性定律

为负，为保证为正，加负号。

管中心r＝0，

所以                               

    层流时圆管截面上的速度是抛物线分布

（4）层流时的平均速度和动能校正系数

类似可得＝2

（5）湍流时的速度分布

层流     

湍流      

不是物性，其值与Re及流体质点位置有关，故湍流时速度分布不能像层流一样通过流体柱受力分析从理论上导出，只能将试验结果用经验式表示：

n与Re有关，在不同Re范围内取不同的值：（见p36）

 不论n取1/6或1/10，湍流的速度分布可作如下推想：近管中心部分剪应力不大而湍流粘度数值很大，由式（1-61）可知湍流核心处的速度梯度必定很小。而在壁面附近很薄的层流内层中，剪应力相当大且以分子粘度的作用为主；但的数值又远较湍流核心处的为小，故此薄层中的速度梯度必定很大。图1-32表示湍流时的速度分布。Re数愈大，近壁区以外的速度分布愈均匀。

（6）湍流时的平均速度及动能校正系数

    取积分：    u与的关系与n有关

                

以后计算不论层流还是湍流均取

毕托管是在某一位置同时能够测量流速（流量）和压力的仪器，其外形构造如图3-6所示。

毕托管测量流量的原理是依据流体力学伯努利方程：流动的流体迎着来流方向上某一点的总压力除了该点处的静压以外，还有运动流体被滞止后由流速转变来的动压。根据理想不可压流体伯努利方程，可得出流

图3-6 毕托管

体动压和流速之间的关系：

                                                       (3-9)

从而有                                            (3-10)

而对于实际流体                                  (3-11)

从而毕托管测量流量的公式为：

                         (3-12)

式中：为毕托管常数，对于标准毕托管1；为流体密度；为管道流量；d为管道内径；为管道截面平均气速；为流量系数。

旋风管出口流量Q_e由安装在出口管上的毕托管测得。根据毕托管测速原理：

                                         (3-13)

对于标准毕托管：K_p@1；对于空气，R=29.256Kg·m/(Kg·K)；代入(3-13)得：

                        (m/s )             (3-14)

式中：t—测点温度，℃，P_o—当地大气压, mmH₂O；P_s—测点静压，mmH₂O

则旋风管出口流量：

                           (3-15)

式中：d—出口管内径，F200mm；—出口管截面平均气速；将=0.89V，与式(3-14)一起代入(3-15)得：

               (m³/h)               (3-16)

由状态方程，可换算出旋风管入口流量：

                 (m³/h)                       (3-17)

式中：P_e—旋风管出口静压，mmH₂O；P_i—入口静压，mmH₂O。

所以有：

双涡壳：出口管直径=75mm:

PSC-100: 出口管直径=68mm

注意：公式中采用pe而不是ps是因为：排气管流出的的气体体积与排气室流出的气体体积是一样的，在排气管中，毕托管测得的是一点的静压力，不能代表整个横截面上的静压力（抛物线形分布），而在排气室中，速度极小，压力近似分布均匀，因此出口静压力用排气室内的静压力，在算出口气体体积时采用毕托管静压力。

孙茂生：

0、绘制下面三种实验装置的结构尺寸图CAD

1、气液分离实验：

1.1、钢制单管结构A（有排尘锥）；

对比不同浓度下分离能力和压降；

对比不同风量下分离能力和压降；

1.2、钢制单管结构B（无排尘锥）：

对比不同浓度下分离能力和压降；

对比不同风量下分离能力和压降；

1.3、对比以上两种结构下的分离性能区别（从结构上的不同点出发寻找造成差异的原因）

2、气固分离实验：

2.1、钢制单管结构A（有排尘锥）

不同风量下分离能力和压降（150m3/h、200m3/h、250m3/h）

不同颗粒浓度下分离能力

2.2、有机玻璃结构（开双锋的排尘锥+导流锥）

不同风量下分离能力和压降（150m3/h、200m3/h、250m3/h）

不同颗粒浓度下分离能力

2.3、对比上面两种结构的差别

3、钢制单管结构A气液、气固分离能力的评析