文丘里流量计实验

文丘里流量计实验(新)一、实验目的和要求、1、掌握文丘里流量计的原理。2、学习用比压计测压差和用体积法测流量的实验技能。3、利用量测到的收缩前后两断面1-1和2-2的测管水头差h，根据理论公式计算管道流量，并与实测流量进行比较，从而对理论流量进行修正，得到流量计的流量系数，即对文丘里流量计作出率定。一、实验装置1.仪器装置简图124567321891011121234图一文丘里流量计实验装置图1.自循环供水器2.实验台3.可控硅无级调速器4.恒压水箱5.溢流板6.稳水孔板7.文丘里实验管段8.测压计气阀9.测压计10.滑尺11.多管压差计12.实验流量调节阀[说明]1.在文丘里流量计7的两个测量断面上,分别有4个测压孔与相应的均压环连通,经均压环均压后的断面压强，由气—水多管压差计9测量,也可用电测仪测量。2.功能(1)训练使用文丘里管测量管道流量和采用气—水多管压差计测量压差的技术;(2)率定流量计的流量系数,供分析与雷诺数Re的相关性;(3)可供实验分析文氏流量计的局部真空度,以分析研究文氏空化管产生的水力条件与构造条件及其他多项定性、定量实验。3.技术特性(1)由可控硅无级调速器控制供水流量的自循环台式装置实验仪;(2)恒压供水箱、文丘里管及实验管道采用丘明有机玻璃精制而成。文丘里管测压断面上设有多个测压点和均压环;(3)配有由有机玻璃测压管精制而成的气水多管压差计,扩充了测压计实验内容;(4)为扩充现代量测技术,配有压差电测仪,测量精度为0.01;(5)供电电源:220V、50HZ;耗电功率:100W;(6)流量:供水流量0～300ml/s,实验管道过流量0～200ml/s;(7)实验仪专用实验台:长×宽=150cm×55cm。二、安装使用说明:1.安装仪器拆箱以后,按图检查各个部件是否完好,并按装置图所示安装实验仪,各测点与测压计各测管一一对应,并用连通管联接,调速器及电源插座可固定在实验台侧壁或图示位置,调速器及电源插座位置必须高于供水器顶;2.通电试验加水前先接上220V交流市电,顺时针方向打开调速器旋钮,若水泵启动自如,调速灵活,即为正常。请注意,调速器旋钮逆时针转至关机前的临界位置,水泵转速最快,即出水流量最大;3.加水(1)供水器内加水加水前,需先把供水器及水箱等擦干净,水质要求为洁净软水,经过滤净化更佳,若水的硬度过大,最好采用蒸馏水。加水量以使水位刚接近自循环供水器与回水管接口为宜，并检查供水器是否漏水。(2)多管压差计内加水做实验之前需对多管压差计内加水,先打开气阀8,在测管2、3内注水至h2＝h324.5cm,并检查测压计管1与管2、管3与管4之间是否连通,再检查管2、3之间底部，若有气泡,也需排除。4.排气开启水泵供水,待水箱溢流后,来回开关实验流量调节阀数次,待实验管道内无气泡后,关闭调节阀,松开气阀8,调节调速器3使测压计读数h1＝h428.5cm,并抖动连通软管,将连通管内气泡排出后,拧紧气阀8。若配有文丘里电测仪,还需对连接电测仪传感器端的连通管进行排气和调压筒注水，方法是在上述状态下松开调压筒顶部气阀,待筒内充水2/3后拧紧,再松开传感器上气阀排气,待气阀处无气泡、连续出水、连通管内无气泡后，拧紧气阀，即可。排气后关闭阀门、气阀,检查水箱、实验管道、测压计及各接口处密封状况,应无漏水,且稳定后,测压计上读数h1－h2＋h3－h42mm(毛细高度),不然需查明故障原因(如连通管受阻、破损、夹气泡、漏气等);5.采用文丘里电测仪测压差,；图1.2电测仪及连接示意图1、压力传感器；2、排气旋钮；3、连通管；4、主机。6、稳压筒为了简化排气，并防止实验中再进气，在传感器前连接由2只充水（不顶满）之密封立筒构成。7、电测仪由压力传感器和主机两部分组成。经由连通管将其接入测点（图1.2）。压差读数（以厘米水柱为单位）通过主机显示。6.保养、维修(1)仪器保养a.做完实验后,请松开测压计底座螺栓,排尽测压计各测管内积水,(若用电测仪,还需排尽调压筒内积水),以防结垢粘污;b.仪器切勿置于阳光照射之下;c.不使用时,请加防尘罩,以防尘埃;d.学期末实验结束时,须排尽储水系统中的水,并拔下连通软管的一个端头，排净积水;e.北方寒冷地区,冬季需做好防寒工作,以防水冻结损坏仪器。(2)仪器维修a.测点接头损坏或渗漏,可更换不锈钢针咀处密封软塑管;b.若实验管道断裂,将断裂处对接上,并在外面套一有机玻璃套箍固定,用氯仿粘结即可恢复原样;若断裂在螺旋处,在原管道上截去一管段，并取等长度带螺纹有机玻璃管替换,再用上述方法修复;c.若水箱、实验管道、漏斗等有机玻璃胶结处有脱胶现象,待脱胶处干燥后用氯仿粘合,过5～10分钟后即可正常使用;d.若测压计各测管底部不锈钢细管处发生松动、渗漏,将测压架倒置,待干燥后,在渗漏、松动处滴上502胶合剂,数分钟后即可正常使用;e.若测压计(调压筒、传感器)等各气阀、螺栓处有渗水、漏气现象,在气阀、螺栓上换上新橡皮圈即可;f.供水器线路如图二所示,供水发生故障,一般检修方法如下:先接通220V交流市电,短接B、C两点,若水泵不转,而A、B二点电压正常(为220V),则表明水泵坏,需更换之;若水泵转动正常,则表明是调速器损坏,需更换调速器;换下来的调速器一般经检修后可再用,例如更换可控硅(6A,双向)或其他已损坏的元器件即可;做完实验后,必须检查调速器有否关闭,切勿将其调至最小流量处,否则,长时间易损坏调速器。220VACB调速器水泵图二供水器供电线路简图三、教学指导1.设计思想根据能量方程,在有压管路中，如果有可以引起(静)压强变化的局部管件,则局部管件该处的(静)压强的改变与流量之间(对一定管径而言)存在着一定关系,运用这种关系,只要测得局部管件的压强变化值,便可算出流量。文丘里管就是这种类型的管件,它由光滑的渐缩段、喉道及渐扩段三部分组成(如图三所示),在收缩段进口断面与喉道处分别安装一根测压管(或是连接两处的水银压差计)。文丘里管测流量。这种方法在十九世纪末即已提出。由于文丘里管能量损失小、对水流干扰较少和使用方便等优点,在生产上及实验室中均被广泛采用。因此,作为一名工科专业的学生,有必要熟知文丘里管流量计的结构及其使用方法。d1d2测压管图三文丘里管结构图然而,传统的文丘里管实验仪器,在设计选材方面存在一定缺陷:其一,设计结构偏大,供水、量水设备庞大复杂;其二,往往采用铜等金属材料来制作,由于金属材料不丘明性,无法让学生看清文丘里管的内部结构;其三,测压孔内表面难以处理,常影响实验精度;其四,采用高位水箱供水,引水供多组实验共用,造成实验组间互相干扰。鉴于以上原因,我们对原有文丘里实验仪器在结构﹑选材上进行了重新设计与改造。在材料方面,一改原有的金属材料,为丘明的有机玻璃,使其内部结构可视化,且便于测点光滑处理;将其结构进行缩小,采用独立自循环供水系统,布置在专用实验台上,恒压水箱提供稳压水头,并在测压断面上设有多个测压点和均压环,从而降低了因制作误差对实验的影响,提高了实验精度;同时,可方便地用体积法或重量法测量流量,这比以往的实验仪器更能满足实验教学要求,经过多年来的不断完善、改进,现已在国内众多高等院校中广泛使用。2.实验原理我们知道,如果能求得任一断面的流速v,然后乘以面积A,即可求得流量Q。如图三所示,对于文丘里管前断面及喉管处,处于该两处面积分别为A1、A2只要测得该两处流速v,便可测得流量Q。为此,我们可根据能量方程式和连续性方程式对该两断面立方程求解。取管轴线为基准,并且不计阻力作用时gvpgvp+2222221001(1)2211vAvAQ即44222211dvdvππ(2)由式(1)、(2)可解得124211)(ddh/gv因此Q＇2411112π2Δ()1Δ4dAvdgh/khd(3)1244221)(dd/gdπk1(4)(3)、(4)式中：h为两断面测压管水头差;k为文丘里流量计常数,对给定管径是常数。然而，由于阻力的存在,实际通过的流量Q恒小于实验所测得的流量Q＇。今引入一个无量纲系数=Q/Q＇(称为流量系数),对计算所得流量值进行修正。即hkQ'Q(5)另由静水力学基本方程可得气—水多管压差计的h为h=h1－h2＋h3－h4在做本实验时,通过实验测得流量Q＇及水头差h,据此,我们便可以测得此时文丘里管的流量系数hk/Q3.实验内容定量分析实验请参考《实验报告解答》。以下仅介绍定性分析实验，测定文丘里管内真空度。实验时,将电测仪传感器低压端用连通管通过三通连接于文丘里管喉颈处,电测仪传感器高压(即带红点)端接通大气。待实验管道及连通管内的空气排净后,在恒定水位下关闭阀门,使流量为零,此时对电测仪调零。调零后，开启阀门，调节流量,这时电测仪读数即相应流量下管内真空度(喉颈处允许最大真空值分析，请参看成果分析)。4.成果分析(1)本实验中,影响文丘里管流量系数大小的因素分析。由式：12442121)(ddhd//gQhddg/Q244142可见本实验(水为流体)的值大小与Q、d1、d2、h有关。其中d1、d2影响最敏感。如实验的文氏管d1=1.4cm,d2=0.71cm,通常在切削加工中d1比d2测量方便,容易掌握好精度,d2不易测量准确,从而不可避免的要引起实验误差。例如实验最大流量时值为0.976,若d2的误差为－0.01cm,那么值将变为1.006,显然不合理。(2)验证气—水多管压差计的关系:43212211hhhhpZpZ)()(//12AAOOH1H2Z1Z2h1h2H3图四如图四所示：Δh１＝h１－h２，Δh2＝h3－h4因为13132221HHhHhHpp11222HhhHp所以)()(//2211pZpZ//22112221pZHhhHpZ4321212211hhhhhhHZHZ)()((3)应用量纲分析法,阐明文丘里流量计的水力特性。运用量纲分析法得到文丘里流量计的流量表达式,然后结合实验成果,便可进一步搞清流量计的量测特性。对于平置文丘里管,影响1的因素有:文氏管进口直径d1、喉径d2、流体的密度、动力粘滞系数及两个断面间的压强差p。根据定理有:f(2、d1、d２、p、、p)=0(6)从中选取三个基本量,分别为:[][]dLTM1100=][][0111MTL[][]=-3LTM01共有6个物理量,有3个基本物理量,可得3个无量纲数,分别为:,/,/,/3332221111131121121cbacbacbadpddd根据量纲和谐原理,1的量纲式为11131cbaMLLTLL分别有L:1=a1＋b1－3c1T:0=－b1M:0=c1联解得:a1=1，b1=0，c1=0则121dd同理可解得：112d213p将各值代入式(6)得无量纲方程为：0211112)(pdddf,,或写成)(111221dddfp,1221ddfp(/、)1Re=1232ddfp(/g、)1Re进而可得流量表达式为1232124ddfhd(gQ、Re1)(7)式(7)与不计损失时理论推导得到的12441221)(ddhd/gQ(8)相似。为计及损失对流量的影响,实际流量在式(3)中引入流量系数Q计算,变为241212/(/)14QdhddQg(9)比较(7)、(9)两式可知,流量系数Q与Re一定有关,又因为式(9)中d2/d1的函数关系并不一定代表了式(7)中函数f3所应有的关系,故应通过实验搞清Q与Re、d2/d1的相关性。通过以上分析,明确了对文丘里流量计流量系数的研究途径,只要搞清它与Re及d2/d1的关系就行了。由本实