毕托管测速实验

（四）毕托管测速实验一、实验目的和要求1.通过对管嘴淹没出流点流速及点流速系数的测量，掌握用毕托管测量点流速的技能；2.了解普朗特型毕托管的构造和适用性，并检验其量测精度，进一步明确传统流体力学量测仪器的现实作用。二、实验装置本实验的装置如图4.1所示。图4.1毕托管实验装置图1.自循环供水器；2.实验台；3.可控硅无级调速器；4.水位调节阀；5.恒压水箱；6.管嘴7.毕托管；8.尾水箱与导轨；9.测压管；10.测压计；11.滑动测量尺（滑尺）；12.上回水管。说明：经淹没管嘴6，将高低水箱水位差的位能转换成动能，并用毕托管测出其点流速值。测压计10的测压管1、2用以测量低水箱位置水头，测压管3、4用以测量毕托管的全压水头和静压水头，水位调节阀4用以改变测点的流速大小。图4.2毕托管结构示意图三、实验原理图4.3毕托管测速原理图hkhgcu2gck2（4.1）式中：u——毕托管测点处的点流速；c——毕托管的校正系数；h——毕托管全压水头与静水压头差。Hgu2（4.2）联解上两式可得Hhc/（4.3）式中：u——测点处流速，由毕托管测定；——测点流速系数；H——管嘴的作用水头。四、实验方法与步骤1、准备)(a熟悉实验装置各部分名称、作用性能，搞清构造特征、实验原理。)(b用医塑管将上、下游水箱的测点分别与测压计中的测管1、2相连通。)(c将毕托管对准管嘴，距离管嘴出口处约2~3cm，上紧固定螺丝。2、开启水泵顺时针打开调速器开关3，将流量调节到最大。3、排气待上、下游溢流后，用吸气球（如医用洗耳球）放在测压管口部抽吸，排除毕托管及各连通管中的气体，用静水匣罩住毕托管，可检查测压计液面是否齐平，液面不齐平可能是空气没有排尽，必须重新排气。4、测记各有关常数和实验参数，填入实验表格。5、改变流速操作调节阀4并相应调节调速器3，使溢流量适中，共可获得三个不同恒定水位与相应的不同流速。改变流速后，按上述方法重复测量。6、完成下述实验项目：（1）分别沿垂向和沿流向改变测点的位置，观察管嘴淹没射流的流速分布；（2）在有压管道测量中，管道直径相对毕托管的直径在6~10倍以内时，误差在2~5%以上，不宜使用。试将毕托管头部伸入到管嘴中，予以验证。7、实验结束时，按上述3的方法检查毕托管比压计是否齐平。五、实验结果及要求实验装置台号NO.校正系数c=1.0,k=44.27cm0.5/s实验记录表格实验次数上、下游水位计毕托管测压计测点流速hku(cm/s)测点流速系数Hhch1(cm)h2(cm)cm)h3(cm)h4(cm)hcm)136.415.42114.2536.521.25204.11.006236.415.221.214.33722.7210.91.035336.415.221.214.336.922.6210.51.032436.415.221.214.336.822.5210.01.030536.415.221.214.336.722.4209.51.028636.415.221.214.336.522.2208.61.023736.415.221.214.336.522.2208.61.023836.415.221.214.336.522.2208.61.023936.415.221.214.336.522.2208.61.023画出管嘴淹没射流速度分布如图：024204207210BABud(CM)OriginPro8EvaluationOriginPro8EvaluationOriginPro8EvaluationOriginPro8EvaluationOriginPro8EvaluationOriginPro8EvaluationOriginPro8EvaluationOriginPro8EvaluationOriginPro8EvaluationOriginPro8EvaluationOriginPro8EvaluationOriginPro8Evaluation有图可看出，成抛物线分布，结果准确。六、实验分析与讨论1.利用测压管测量点压强时，为什么要排气？怎样检验排净与否？毕托管、测压管及其连通管只有充满被测液体，即满足连续条件，才有可能测得真值，否则如果其中夹有气柱，就会使测压失真，从而造成误差。误差值与气柱高度和其位置有关。对于非堵塞性气泡，虽不产生误差，但若不排除，实验过程中很可能变成堵塞性气柱而影响量测精度。检验的方法是毕托管置于静水中，检查分别与毕托管全压孔及静压孔相连通的两根测压管液面是否齐平。如果气体已排净，不管怎样抖动塑料连通管，两测管液面恒齐平。2.毕托管的压头差Δh和管嘴上下游水位差ΔH之间的大小关系怎样？为什么？Δh大于ΔH，本实验在管嘴淹没出流的轴心处测得过程中有能量损失，但甚微。3.所测的流速系数ϕ′说明了什么？实验存在一定的误差，但误差很小。4.据激光测速仪检测，距孔口2-3cm轴心处，其点流速系数ϕ′为0.996，试问本实验的毕托管精度如何？如何确定毕托管的矫正系数c？若以激光测速仪测得的流速为真值u，则有ϕ′为0.996，而毕托管测得的该点流速为208.6cm/s，精度还行，则欲率定毕托管的修正系数，则可令C=0.996/1.023=0.97。5.普朗特毕托管的测速范围为0.2-2m/s，流速过小过大都不宜采用，为什么？另测速时要求探头对正水流方向(轴向安装偏差不大于10度)，试说明其原因（低流速可用倾斜压差计）。1）施测流速过大过小都会引起较大的实测误差，当流速大于2m/s时，由于水流流经毕托管头部时会出现局部分离现象，从而使静压孔测得的压强偏低而造成误差。（2）同样，若毕托管安装偏差角（流速u是实际流速u在其轴向的分速）过大，亦会引起较大的误差。6.为什么在光、声、电技术高度发展的今天，仍然常用毕托管这一传统的流体测速仪器？毕托管测速原理是能量守恒定律，容易理解。而毕托管经长期应用，不断改进，已十分完善。具有结构简单，使用方便，测量精度高，稳定性好等优点。因而被广泛应用于液、气流的测量（其测量气体的流速可达60m/s）。光、声、电的测速技术及其相关仪器，虽具有瞬时性，灵敏、精度高以及自动化记录等诸多优点，有些优点毕托管是无法达到的。但往往因其机构复杂，使用约束条件多及价格昂贵等因素，从而在应用上受到限制。尤其是传感器与电器在信号接收与放大处理过程中，有否失真，或者随使用时间的长短，环境温度的改变是否飘移等，难以直观判断。致使可靠度难以把握，因而所有光、电测速仪器，声、包括激光测速仪都不得不用专门装置定期率定（有时是利用毕托管作率定）。可以认为至今毕托管测速仍然是最可信，最经济可靠而简便的测速方法。