文丘里流量計試驗

1、文丘里流量計實驗（新）一、實驗目的和要求、1、掌握文丘里流量計的原理。2、學習用比壓計測壓差和用體積法測流量的實驗技能。3、利用量測到的收縮前后兩斷面1-1和2-2的測管水頭差h,根據(jù)理論公式計算管道流量，并與實測流量進行比較，從而對理論流量進行修正，得到流量計的流量系數(shù)»,即對文丘里流量計作出率定。一、實驗裝置1.儀器裝置簡圖1.自循環(huán)供水器2.實驗臺3.可控硅無級調(diào)速器4.恒壓水箱5.溢流板6.穩(wěn)水孔板7.文丘里實驗管段8.測壓計氣閥9.測壓計10.滑尺11.多管壓差計12.實驗流量調(diào)節(jié)閥說明1 .在文丘里流量計7的兩個測量斷面上，分別有4個測壓孔與相應的均壓環(huán)連通，經(jīng)均壓環(huán)均壓

2、后的斷面壓強，由氣一水多管壓差計9測量，也可用電測儀測量。2 .功能(1)訓練使用文丘里管測量管道流量和采用氣一水多管壓差計測量壓差的技術；(2)率定流量計的流量系數(shù)N,供分析N與雷，若數(shù)Re的相關性；(3)可供實驗分析文氏流量計的局部真空度，以分析研究文氏空化管產(chǎn)生的水力條件與構(gòu)造條件及其他多項定性、定量實驗。3 .技術特性(1)由可控硅無級調(diào)速器控制供水流量的自循環(huán)臺式裝置實驗儀；(2)包壓供水箱、文丘里管及實驗管道采用丘明有機玻璃精制而成。文丘里管測壓斷面上設有多個測壓點和均壓環(huán)；(3)配有由有機玻璃測壓管精制而成的氣一水多管壓差計，擴充了測壓計實驗內(nèi)容；(4)為擴充現(xiàn)代量測技術，配有壓

3、差電測儀，測量精度為0.01；(5)供電電源：220V、50HZ；耗電功率：100W；(6)流量：供水流量0300ml/s,實驗管道過流量0200ml/s;(7)實驗儀專用實驗臺：長X寬=150cmX55cm。二、安裝使用說明：1 .安裝儀器拆箱以后，按圖檢查各個部件是否完好，并按裝置圖所示安裝實驗儀，各測點與測壓計各測管一一對應，并用連通管聯(lián)接，調(diào)速器及電源插座可固定在實驗臺側(cè)壁或圖示位置，調(diào)速器及電源插座位置必須高于供水器頂；2 .通電試驗加水前先接上220V交流市電，順時針方向打開調(diào)速器旋鈕，若水泵啟動自如，調(diào)速靈活，即為正常。請注意，調(diào)速器旋鈕逆時針轉(zhuǎn)至關機前的臨界位置，水泵轉(zhuǎn)速最快，

4、即出水流量最大；3 .加水(1)供水器內(nèi)加水加水前，需先把供水器及水箱等擦干凈，水質(zhì)要求為潔凈軟水，經(jīng)過濾凈化更佳，若水的硬度過大，最好采用蒸儲水。加水量以使水位剛接近自循環(huán)供水器與回水管接口為宜，并檢查供水器是否漏水。(2)多管壓差計內(nèi)加水做實驗之前需對多管壓差計內(nèi)加水，先打開氣閥8,在測管2、3內(nèi)注水至h2=h3定24.5cm,并檢查測壓計管1與管2、管3與管4之問是否連通，再檢查管2、3之間底部，若有氣泡，也需排除。4 .排氣開啟水泵供水，待水箱溢流后，來回開關實驗流量調(diào)節(jié)閥數(shù)次，待實驗管道內(nèi)無氣泡后，關閉調(diào)節(jié)閥，松開氣閥8,調(diào)節(jié)調(diào)速器3使測壓計讀數(shù)hi=h4電28.5cm,并抖動連通軟

5、管,將連通管內(nèi)氣泡排出后,擰緊氣閥8。若配有文丘里電測儀，還需對連接電測儀傳感器端的連通管進行排氣和調(diào)壓筒注水，方法是在上述狀態(tài)下松開調(diào)壓筒頂部氣閥，待筒內(nèi)充水2/3后擰緊，再松開傳感器上氣閥排氣，待氣閥處無氣泡、連續(xù)出水、連通管內(nèi)無氣泡后，擰緊氣閥，即可。排氣后關閉閥門、氣閥，檢查水箱、實驗管道、測壓計及各接口處密封狀況，應無漏水，且穩(wěn)定后，測壓計上讀數(shù)hih2+h3h4<2mm（毛細1b度），不然需查明故障原因（如連通管受阻、破損、火氣泡、漏氣等）；5 .采用文丘里電測儀測壓差，；圖1.2電測儀及連接示意圖1、壓力傳感器；2、排氣旋鈕；3、連通管；4、主機。6、穩(wěn)壓筒為了簡化排氣，并

6、防止實驗中再進氣，在傳感器前連接由2只充水（不頂滿）之密封立筒構(gòu)成。7、電測儀由壓力傳感器和主機兩部分組成。經(jīng)由連通管將其接入測點（圖1.2）。壓差讀數(shù)（以厘米水柱為單位）通過主機顯示。6.保養(yǎng)、維修（1）儀器保養(yǎng)a.做完實驗后，請松開測壓計底座螺栓，排盡測壓計各測管內(nèi)積水，（若用電測儀，還需排盡調(diào)壓筒內(nèi)積水）,以防結(jié)垢粘污；b.儀器切勿置于陽光照射之下；c.不使用時，請加防塵罩，以防塵埃；d.學期末實驗結(jié)束時，須排盡儲水系統(tǒng)中的水，并拔下連通軟管的一個端頭，排凈積水；e.北方寒冷地區(qū)，冬季需做好防寒工作，以防水凍結(jié)損壞儀器。（2）儀器維修a.測點接頭損壞或滲漏，可更換不銹鋼針咀處密封軟塑管；

7、b.若實驗管道斷裂，將斷裂處對接上，并在外面套一有機玻璃套箍固定，用氯仿粘結(jié)即可恢復原樣；若斷裂在螺旋處，在原管道上截去一管段，并取等長度帶螺紋有機玻璃管替換，再用上述方法修復；c.若水箱、實驗管道、漏斗等有機玻璃膠結(jié)處有脫膠現(xiàn)象，待脫膠處干燥后用氯仿粘合，過510分鐘后即可正常使用；d.若測壓計各測管底部不銹鋼細管處發(fā)生松動、滲漏，將測壓架倒置，待干燥后,在滲漏、松動處滴上502膠合劑，數(shù)分鐘后即可正常使用；e.若測壓計（調(diào)壓筒、傳感器）等各氣閥、螺栓處有滲水、漏氣現(xiàn)象，在氣閥、螺栓上換上新橡皮圈即可；f.供水器線路如圖二所示，供水發(fā)生故障，一般檢修方法如下：先接通220V交流市電，短接B、

8、C兩點，若水泵不轉(zhuǎn)，而A、B二點電壓正常（為220V）,則表明水泵壞，需更換之；若水泵轉(zhuǎn)動正常，則表明是調(diào)速器損壞，需更換調(diào)速器；換下來的調(diào)速器一般經(jīng)檢修后可再用，例如更換可控硅（6A,雙向）或其他已損壞的元器件即可；做完實驗后，必須檢查調(diào)速器有否關閉，切勿將其調(diào)至最小流量處，否則，長時間易損壞調(diào)速器。圖二供水器供電線路簡圖三、教學指導1 .設計思想根據(jù)能量方程，在有壓管路中，如果有可以引起（靜）壓強變化的局部管件，則局部管件該處的（靜）壓強的改變與流量之間（對一定管徑而言）存在著一定關系，運用這種關系，只要測得局部管件的壓強變化值,便可算出流量。文丘里管就是這種類型的管件，它由光滑的漸縮段、

9、喉道及漸擴段三部分組成（如圖三所示）,在收縮段進口斷面與喉道處分別安裝一根測壓管（或是連接兩處的水銀壓差計）。文丘里管測流量。這種方法在十九世紀末即已提出。由于文丘里管能量損失小、對水流干擾較少和使用方便等優(yōu)點，在生產(chǎn)上及實驗室中均被廣泛采用。因此，作為一名工科專業(yè)的學生，有必要熟知文丘里管流量計的結(jié)構(gòu)及其使用方圖三文丘里管結(jié)構(gòu)圖然而，傳統(tǒng)的文丘里管實驗儀器，在設計選材方面存在一定缺陷：其一，設計結(jié)構(gòu)偏大，供水、量水設備龐大復雜；其二，往往采用銅等金屬材料來制作，由于金屬材料不丘明性，無法讓學生看清文丘里管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；其三，測壓孔內(nèi)表面難以處理，常影響實驗精度；其四，采用高位水箱供水，引水供多

10、組實驗共用，造成實驗組間互相干擾。鑒于以上原因，我們對原有文丘里實驗儀器在結(jié)構(gòu)、選材上進行了重新設計與改造。在材料方面，一改原有的金屬材料，為丘明的有機玻璃，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可視化，且便于測點光滑處理；將其結(jié)構(gòu)進行縮小，采用獨立自循環(huán)供水系統(tǒng)，布置在專用實驗臺上，包壓水箱提供穩(wěn)壓水頭，并在測壓斷面上設有多個測壓點和均壓環(huán)，從而降低了因制作誤差對實驗的影響，提高了實驗精度；同時，可方便地用體積法或重量法測量流量，這比以往的實驗儀器更能滿足實驗教學要求，經(jīng)過多年來的不斷完善、改進，現(xiàn)已在國內(nèi)眾多高等院校中廣泛使用。2 .實驗原理我們知道，如果能求得任一斷面的流速v,然后乘以面積A,即可求得流量Q如圖三

11、所示，對于文丘里管前斷面及喉管處,處于該兩處面積分別為Ai、A2只要測得該兩處流速v，便可測得流量Q'。為此，我們可根據(jù)能量方程式和連續(xù)性方程式對該兩斷面立方程求解。取管軸線為基準，并且不計阻力作用時220+包士=0.也Va2g2gQ=A1Vl=A2V27tdi冗d2v1=v244由式(1)、(2)可解得vi=J2g-h/(J)'-1；d2因此Q/=Avi=di2.2g-/(dl)4-1=kF(3)41d222rr.'di4kdi2g/()-1(4)4:d2(3)、(4)式中：Ah為兩斷面測壓管水頭差；k為文丘里流量計常數(shù)，對給定管徑是常數(shù)。然而，由于阻力的存在，實際通

12、過的流量Q恒小于實驗所測得的流量Q，今引入一個無量綱系數(shù)N=Q/Q/阿稱為流量系數(shù))，對計算所得流量值進行修正。即Q二二Q'=，k,h(5)另由靜水力學基本方程可得氣一水多管壓差計的Ah為h=hih2+h3h4在做本實驗時，通過實驗測得流量Q/及水頭差Ah,據(jù)此，我們便可以測得此時文丘里管的流量系數(shù):=Q/k.：h3 .實驗內(nèi)容定量分析實驗請參考實驗報告解答。以下僅介紹定性分析實驗，測定文丘里管內(nèi)真空度。實驗時，將電測儀傳感器低壓端用連通管通過三通連接于文丘里管喉頸處，電測儀傳感器高壓(即帶紅點)端接通大氣。待實驗管道及連通管內(nèi)的空氣排凈后，在恒定水位下關閉閥門，使流量為零，此時對電測

13、儀調(diào)零。調(diào)零后，開啟閥門，調(diào)節(jié)流量，這時電測儀讀數(shù)即相應流量下管內(nèi)真空度(喉頸處允許最大真空值分析，請參看成果分析)。4 .成果分析(i)本實驗中，影響文丘里管流量系數(shù)大小的因素分析。由式：兀1jQ=-d；.2gh/(di/d2)4-i4=Qd?'d/一.2gh4可見本實驗(水為流體)的N值大小與Q、di、d2、&h有關。其中di、d2影響最敏感。如實驗的文氏管di=i.4cm,d2=0.7icm,通常在切削加工中di比d2測量方便,容易掌握好精度，d2不易測量準確，從而不可避免的要引起實驗誤差。例如實驗最大流量時N值為0.976,若d2的誤差為0.0icm,那么N值將變?yōu)閕.

14、006,顯然不合理。(2)驗證氣一水多管壓差計的關系：(Zi口/)-(Z2P2/)=%-h2h3-I%如圖四所示：hi=hih2)Ah2h3h4因為包=坨_H2也-H3,幾H3HiP22 -H2h2hiHi所以(ZiPi/)-(Z2P2/)=Z1P2/-H2h2hiHi-Z2-p2/=(ZiHi)-(Z2H2)hh=hi-h2h3-h4(3)應用量綱分析法，闡明文丘里流量計的水力特性。運用量綱分析法得到文丘里流量計的流量表達式，然后結(jié)合實驗成果，便可進一步搞清流量計的量測特性。對于平置文丘里管，影響5的因素有：文氏管進口直徑di、喉徑d2、流體的密度只動力粘滯系數(shù)N及兩個斷面間的壓強差加。根據(jù)

15、n定理有：f(u2、di、d2、p、N、&p)=0(6)從中選取三個基本量，分別為：di=LiT0M01 =Ut'mo：=L-3ToMi共有6個物理量，有3個基本物理量，可得3個無量綱n數(shù)，分別為:二1=d2/d；1：1bl*二2二/d："；24,二3-p/d：3：1b3,根據(jù)量綱和諧原理，m的量綱式為3 -LF1LtPML分別有L: 1=a1+b一3c1T:0=b1,M: 0=C1"聯(lián)解得：a1=1,b1=0,C1=0則同理可解得:曳d1&3p下將各n值代入式（6）得無量綱方程為：f（空工）0d1'd11P'：12P或?qū)懗蒬oRe）

16、=：2gAp/；，f3（丁、Re）d1進而可得流量表達式為一二一2'-do_.Q=-d12g-hf3（、Re1）4d1式與不計損失時理論推導得到的（8）Q=4d；;2）4一1相似。為計及損失對流量的影響，實際流量在式（3）中引入流量系數(shù)計算，變?yōu)镼=14dl,2g：h/,(d2/d1)4-1比較（7）、（9）兩式可知，流量系數(shù)與Re一定有關，又因為式（9）中d”di的函數(shù)關系并不一定代表了式（7）中函數(shù)f3所應有的關系，故應通過實驗搞清%與Red2/di的相關性。通過以上分析，明確了對文丘里流量計流量系數(shù)的研究途徑，只要搞清它與Re及d2/di的關系就行了。由本實驗所得在紊流過渡區(qū)的屋

17、Re關系曲線（d2/di為常數(shù)），可知Rq隨Re的增大而增大，因包有N<1,故若使實驗Re增大，氣將漸趨向于某一小于1的常數(shù)。另外，根據(jù)已有的很多實驗資料分析，h與d1/d2也有關，不同的ddd2值，可以得到不同的心Re關系曲線，文丘里管通常使d1/d2=20所以實用上，對特定的文丘里管均需實驗率定QqRe的關系，或者查用相同管徑比時的經(jīng)驗曲線，以及實用上較適宜于被測管道中的雷諾數(shù)Re>2X105,使氣值接近于常數(shù)0.98。流量系數(shù)%的上述關系，也正反映了文丘里流量計的水力特性。（4）文丘里管構(gòu)造、布置要求。丘過有機玻璃，我們可以清晰觀察到文丘里管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如圖三），該種結(jié)構(gòu)對水

18、流干擾小，能量損失少，流量系數(shù)大。文丘里管的設計布置要求為：一、在構(gòu)造上，要求管徑比d2/d1在0.250.75之間，通常采用d2/d1=0.5;二、其擴散部分的擴散角U2也不宜太大，一般以5口7為宜；三、在布置上，要求文丘里管上游10倍管徑d1,下游6倍管徑di的距離以內(nèi)，均不得有其他管件，以免水流產(chǎn)生漩渦而影響其流量系數(shù)。（5）分析文丘里管的最大作用水頭。文丘里管喉頸處容易產(chǎn)生真空，允許最大真空度為67mH20。工程上應用文丘里管時，應檢驗其最大真空度是否在允許范圍之內(nèi)。如圖五分別以水箱液面文丘里管、喉頸、出水管口為11,22,3-3斷面，以軸線高程為基準，以本室1#文丘里實當儀為例，出水口低于軸線h=10cm,當水箱液面高于管軸線H0=28cm時，測得其最大流量為156.91cm3/s,喉頸處最大真空度60.5cm。1-T1圖五h3-J-*-3則立11,33斷面能量方程。22(10)(11):“3.W3Ho=h1工、2g2g立22,33斷面能量方程：222P2：“2.：“3173一二h2J3-2g2g2g解得：=6.17;，2上=4.58。所以當22斷面真空度達7m時，其值代入（10）、（11）式可測算出水箱水位高于管軸線5米左右。也就是說，當水箱內(nèi)水位高于管線5m以上，則該文丘里管喉頸處的真空度將超過7m,超出其真空度允許范圍。四、實驗方法與步驟、1、認真