孔板流量计的校核实验

一、 实验目的（Purpose of experiment ）

1. 熟悉孔板流量计、文丘里流量计的构造、性能及安装方法。

2. 掌握流量计的标定方法之一——容量法。

3. 测定孔板流量计、文丘里流量计的孔流系数与雷诺准数的关系。

二、 基本原理（Summary of theory ）

孔板流量计是根据流体的动能和势能相互转化原理而设计的，流体通过锐孔时流速增加，造成孔板前后产生压强差，可以通过引压管在压差计或差压变送器上显示。其基本构造如图1所示。

若管路直径为d 1，孔板锐孔直径为d 0，流体流经孔板前后所形成的缩脉直径为d 2，流体的密度为ρ，则根据柏努利

方程，在界面1、2处有：

2

2212/u u p ρ-=∆

考虑到实验误差及能量损失等因素，用系数C 加以校正:

22212/u u C p ρ

-=∆

图1 孔板流量计

对于不可压缩流体，根据连续性方程可知0

101

A u u A =

，代入上式并整理可得： 00

1

2/1(

)2C p u A A ρ∆=

-

令 02

01

1()C

C A A =

- 则 002/u C p ρ=∆ 根据0u 和0A 即可计算出流体的体积流量：

ρ/20000p A C A u V ∆==

或 ρρρ/)(20000-==i gR A C A u V 式中：V －流体的体积流量， m 3/s ；

三、 设备和流程图（Equipment and Floe Chart Equipment ）

实验装置 如图2所示。主要部分由循环水泵、流量计、U 型压差计、温度计和水槽等组成，实验主管路为1寸不锈钢管（内径25mm ）。

图2 流量计校合实验示意图

四、 实验步骤（Procedures of Experiment ）

1. 熟悉实验装置，了解各阀门的位置及作用。启动离心泵。

2. 对装置中有关管道、导压管、压差计进行排气，使倒U 形压差计处于工作状态。

3. 对应每一个阀门开度，用容积法测量流量，同时记下压差计的读数，按由小到大的顺序12个数据点，前密后疏。

4. 测量流量时应保证每次测量中，计量桶液位差不小于100mm 或测量时间为1min 。

5. 主要计算过程如下：

（1）根据体积法（秒表配合计量筒）算得流量V （m 3/h ）； （2）根据2

4d V

u π=

，孔板取喉径d 0＝15.347mm ，文丘里取喉径d ＝12.403mm ； （3）读取流量V （由闸阀开度调节）对应下的压差计高度差R ，根据002/u C p ρ=∆和

gR p ρ=∆，求得C 0值。

（4）根据μ

ρ

du =

Re ，求得雷诺数，其中d 取对应的d 0值。

（5）在坐标纸上分别绘出孔板流量计的0C －Re 图。

五、原始记录（Original records）计量桶底面积为0.1㎡

序号

流量V m3/h

水温t℃压差mmH2O 时间s高度㎝

1 60 4.25 27 14

2 60 6.1 27 26

3 60 8 27 44

4 60 8.7 27 63

5 60 10.8 27 100

6 60 11.8 2

7 117

7 60 13.2 27 150

8 60 14.3 27 168

9 60 18 27 292

10 60 21 27 406

11 60 23.1 27 483

12 60 25.5 27 615 查文献数据得27摄氏度下纯水密度

粘度μ=0.8545（Pa）

六、 数据处理及结果（Simple calculations and Results ）

计算示例，以序号1为例：

1） 流量V=底面积

2） 流速2

4d

V

u π=

= m/s （d 取喉径

d 0=15.171mm ） 3） 孔板压降△P=

4） 孔流系数C 0==

5） 雷诺数μ

ρ

du =

Re =

序号 流量V m 3/h 流速u 0 m/s

孔板压降△P

Pa 孔流系数 雷诺数Re

1 0.255 0.39

2 136.788 0.749 7191.168 2 0.366 0.56

3 254.036 0.789 10321.4

4 3 0.480 0.738 429.906 0.79

5 13536.32 4 0.522 0.803 615.548 0.723 14720.74 5 0.648 0.997 977.060 0.712 18274.03

6 0.708 1.089 1143.160 0.719 19966.0

7 7 0.792 1.21

8 1465.590 0.711 22334.92 8

0.858

1.320

1641.461 0.727

24196.17

孔板流量计C0-Re关系图

孔板流量计C0-Re关系单对数坐标图

七、结果及讨论（Results and Discussions）

讨论：由Co随Re的变化趋势图可知，孔板流量计的孔流系数Co随Re的增大而减小。随着雷诺数的增加，C0减小的趋势也递减。但总体来说与教材图1-33出入较大。原因可能是压差计量程所限，曲线后半段的直线实验未能测得表示，以及操作误差导致数据不精确。

思考题

1.孔流系数与哪些因素有关？

答：孔流系数由孔板锐口的形状、测压口的位置、孔径与管径之比和雷诺准数有关。

2.本实验中水箱实际上起到那种测量仪表的作用？

答：本实验中，通过测算单位时间内水箱内液面升高的高度来计算体积流量，因此水箱起到流量计的作用。

3.测量主管道内有空气会对实验结果影响吗？为什么？

答：会。因为管道内有空气，则管道内流体就不是纯物质，而是气液混合物，其相应密度、粘度等物性也会发生改变。

4.从实验中，可以直接得到R-V的校正曲线，经整理也可以得到C0-Re的曲线，这两种表示方法各有什么优点？

答：C0-Re的曲线表示方法更直接、更准确，鈭?R-V的校正曲线方法因为相应坐标数值可直接测量，所以更方便。

成绩评定