流体力学实验报告 流量计实验报告

中国石油大学（华东）流量计实验实验报告
实验日期：2011.4.18 成绩：
班级：石工09-13班学号：09021614 姓名：石海山教师：
同组者：尚斌宋玉良武希涛杜姗姗
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3-1示。

F1——文丘里流量计；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
文丘利管是一种常用的两侧有管道流量的装置，属压差式流量计（见图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官道上。

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3-3所示，在管道上设置空板，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，并接上压差计，通过量测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3-2 文丘利流量计示意图 图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1v 和2v 之间的关系：
h ∇=1h -2h =（1z +
γ
1
p ）-（2z +
γ
2
p ）=
g
v 22
2
2α-
g
v 2211α （3-1）
如果假设动能修正系数1α=2α=1.0,则最终得到理论流量为：
理Q =
)(1
2A A
A A A -h g △2=h K △μ
其中：K =g A 2
21
22)()(1A A A A -=
μ
式中 A -----孔板锐孔断面面积；
21,A A ----分别为1-1，2-2截面的面积。

4、流量系数
（1）流量计流过实际液体时，由于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：
实Q =h K △α (3-3)
其中，α<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，还包括在推导理论流量时将断面动能修正系数
1α，2α，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. 8
孔板锐孔直径：d = 2.744-210m ⨯；面积：A = 5.914 -4210m ⨯； 系数：K = 2.6181 -3
2.5
10m
/s ⨯
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
6 48.40 81.60 33.20 418.32 13.54 0.005355 0.7023
86 7 51.50 78.50 27.00 340.2 12.24 0.004829 0.704086 8 54.10 76.00 21.90 275.94 10.99 0.004349 0.701943 9 56.75 73.20 16.45 207.27 9.56 0.003769 0.704532 10 59.40 70.60 11.20 141.12 7.87 0.00311 0.702897 11 63.30 66.90 3.60 45.36
4.49 0.001763 0.7073
28
12 65.00
65.00
0.00
0.00 0 0 13 14 15 16
以其中一组数据写出计算实例。

以第一组为例计算
h'∆=1h -2h =95.59-33.70=61.89m -2 h ∆=h'∆×12.6=779.814m -2
K=A
g 2=5.914*10^-4*4.4272=2.6181*10^-3m 25/s K h ∆=2.6181-3 2.510m /s ⨯×
m 21014.8779-⨯=0.0073m 3/s
α=(Q /3600)/ K h ∆=(18.56÷3600)÷0.0073=0.7023 3．绘制孔板流量计的校正曲线图
五、实验步骤
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）；
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
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；
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
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
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。

若不尽进管道中的空气会使流量测量不准确，若不排尽压差计中的空气会使压差测量不准确。

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h'
∆
换算成相应的水头差h
∆？
答：不是，因为水相对于水银的密度不可忽略不计。

P
1－P
2
=[ρ(水银)－ρ(水)]g h'
∆
h
∆={[ρ(水银)－ρ(水)]/ρ(水)}×h'
∆=12.6h'
∆
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：实际流量比理论流量要小。

①水在流动过程中有能量损失；②两个断面处动能修正系数也不等于1，实际中为大于1；③在读数时若两个人配合不好，致使测量不准确。

八、心得体会
通过本次实验，掌握了孔板流量计和文丘里流量计的工作原理。

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。

同时感谢老师的悉心
教导，才顺利完成了实验任务。