1、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。F1C文丘里流量计； F2孔板流量计；F3电磁流量计 ；量水箱； V 阀门； K 局部阻力实验管路图 1-3
2、-1 管流综合实验装置流程图1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、-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vvDh ），因此，通过量测到的Dh 建立了两断面平均流速 和 之间的一个关系：12ppa v2a v2Dh
4、 = h - h = (z + 1 ) - (z +2 )=2 2 - 1 1121g2g2g2g如果假设动能修正系数a = a12= 1.0 ，则最终得到理论流量为：Q=A理AA2gDh = m K Dh()2 - ()2AA212式 中 K = A， m =1， A 为孔板锐孔断面面积。42g( A )2 - ( A )2A2A14. 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：hQ = a K实其中a 1.0 ，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a 、a1近
5、似取为 1.0 带来的误差。2（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.02孔板锐孔直径： d =2.744cm；面积：A= 5.914cm2 ； 系数： K =261.824cm2.5 / s2. 实验数据记录及处理见表 1-3
6、-1。121516表 1-3-1实验数据记录及处理表次汞-水压差计流量汞柱差水头差流量K Dha数h /cmh /cmQ/m3/hDh /cmDh /cmQ/cm3/s/cm3/s120.0087.4118.6567.41849.3665180.557630.560.6789223.5083.9317.6260.43741.4184894.4467129.2080.6865327.3380.2516.5152.92666.7924586.11416760.9040.6783430.5576.7515.4246.20582.1204283.336317.0720.6781533.5473.561
7、4.3340.02504.2523980.5535879.400.6770636.9270.1713.1233.25418.9503644.4465359.0840.6800740.0266.8211.7926.80337.6803275.0044811.29470.6807844.0762.839.8318.76236.3762730.5504025.410.6783946.2660.728.6514.46182.1962402.7763534.1090.67991048.7557.936.859.18115.6681902.7782815.8900.67571151.9154.933.90
8、3.0238.0521083.3381615.0920.67081253.0453.801.840.769.576511.1131810.21750.63081353.4553.3000.151.8900359.94830.00001453. 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： Dh = h2- h =87.41-20.00=67.41 m-21（2）水头差： Dh = Dh 12.6=849.366 m-2（3）流量（cm3/s）： Q =18.65*1000000/3600=5180.55 cm 3/s849.366 10 - 2 m（4） K Dh =26
9、1.824*=7630.56 cm3/s（5）流量系数:a =Q/ K Dh =5180.55/7630.56=0.67894. 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
10、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。如果不排尽管道中的空气，会使流量的测量不准确，影响实验结果;若不排尽压差计中的空气
11、，汞柱上下浮动，影响读数致使读出来的汞柱高度会有误差，会使压差测量不准确，也会影响实验结果。52. 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Dh换算成相应的水头差Dh ？答：否，因为水相对于水银的密度不可忽略不计。此高度差只是汞的液面高度 差，没有考虑水柱的影响。P P =(水银)(水)g Dh12Dh =(水银)(水)/ (水) Dh =12.6 Dh ，通过此式进行换算。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，由于其具有粘性，流体与管壁、流体与流体之间均存在摩擦阻
12、力，有局部损耗，所以实际流体在流动过程中有能量损失，而理论流量是假定流体运动时无能量损耗；两个断面处动能修正系数也不等于 1，实际中为大于 1；在读数时若实验者配合不好，致使测量不准确。八、心得体会通过本次实验，掌握了孔板流量计、文丘里流量计的工作原理及用途。了解了 两用式压差计的结构及工作原理，掌握了两用式压差计的使用方法。熟悉了管 流试验装置并学会操作。这次实验测量仪器体积较大，所以一个人很难完成。 我们四个人分工明确，分别记录流量计读书，调节V9阀门，其余两人记录汞水 压差计读数，所以完成的比较迅速。在这个过程中我也体会到了团结协作的重 要性。同时感谢老师的悉心指导，才顺利完成了实验任务。8
