文丘里流量计实验
4.4.1、实验目的和要求 (1)、掌握文丘里流量计的原理及用途。
(2)学会测定文丘里流量计的流量系数,掌握文丘里流量计测量管道流量的技能; (3)、通过实验与量纲分析,了解应用量纲分析与实验结合研究水力学问题的途径,进而掌握文丘里流量计水力特性。 4.4.2、实验原理
我们已知道,如果任一断面的流速v,乘以面积A,即可求得流量Q?。如图4.4所示:文丘里管前1-1断面及喉管处2-2断面,该两处截面面积分别为A1、A2,只要测得该两处流速分别为v1、v2,便可测得流量Q。
文丘里管前1-1断面 喉管处2-2断面 ? 1 2 d2 d1 1 2 图4.4
为此,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,不计阻力作用时得下式:
2v12p2v2 (4.7) 0???0???2g?2gp1Q?A1v1?A2v2
即
v1?d124?v2?d224 (4.8)
由式(4.7)、(4.8)可解得
?d1?v1?2g[(Z1?p1?)?(Z?p2?)]/??d???1(4.9)
?2?因此:
4?Q??4d12?d1???d???1?2?K?42g[(Z1?p1?)?(Z2?p2?)]?K?h?4d122gp1(d1d2)4?1p2(4.10)
?h?(Z1??)?(Z2??)式中:?h——两断面测压管水头差。
K——文丘里流量计常数,对给定管径是常数。
?μ由于阻力的存在,实际通过的流量Q恒小于Q?。为此:引入一无量纲系数??QQ(
称为流量系数),对计算所得的流量值进行修正,即
Q??Q???K?h(4.11)
通过实验测得流量Q及测压管水头差?h,便可以测得此时文丘里管的流量系数?:
??Qk?h(4.12)
4.4.3实验装置
本实验装置如图4.5所示。
图4.5
1-水箱;2-上水管;3-恒定水箱;4-实验管段;5-文丘里;6-测压管;7-流量调节阀;8、活动接头;9-回水管;10-测针;11-测针筒;12-底阀;13-秒表
实验装置为自循环水流系统,水泵将水箱1中的水抽出,沿上水管2流入恒定水箱3经实验管段4、文丘里管5通过回水管9又流回水箱1。差压计6用作测量理论流量,测针10、测针筒11和秒表13用作测量实际流量。 4.4.4、实验提示
文丘里管由光滑的渐缩段、喉道及渐扩段三部分组成(如图4.6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)。
图4.6
文丘里管测流量,这种方法在十九世纪末已提出。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,在生产及实验室中均被广泛采用。但文丘里管必须满足一定的设计布置要求:一、在构造上,要求管径比d2d1在0.25~0.75之间,通常采用d1d2?0.5;
??二、其扩散部分的扩散角?2也不宜太大,一般以5~7为宜;三、在布置上,要求文丘里
管上游10倍管径d1,下游6倍管径d1的距离以内,均不得有其他管件,以免水流产生漩涡而影响其流量系数;四、文丘里管喉颈处容易产生真空,允许最大真空度为6~7mH2o。工程上应用文丘里管时,应检验其最大真空度是否在允许范围之内。 4.4.5、实验方法与步骤 (1)、记录有关常数。 (2)、打开电源开关,待水箱内水头恒定,即可开始测量;
(3)、打开实验段尾部阀门7,待水流稳定后,读取差压计液面读数h1、h2;同时测定流量Q,Q的测定体积法(Q?V/t),先通过测针10测得测针筒内的起始水位,然后将活动接头8拨至测针筒,同时用秒表记录下接水的时间,用测针测得接水的终了水位,就可计算流量Q (4)、逐次调节阀门,改变流量,重复步骤3,注意调节阀门应缓慢。 (5)、把测量值记录在实验表格4.2内,并进行有关计算。 (6)、如测管内液面波动时,应取时均值。 (7)、实验结束,关闭电源开关。 4.4.6、实验成果及要求 (1)、记录计算有关常数。
d1?cm,d2?cm,测针筒直径R?cm.
表4.2 实验装置台号No_______ 次数 1 2 3 4 5 6 测压管读数(cm) h1(cm) h2(cm) 测针读数 起始读数 接水后读数 接水时间(t) (2)、整理记录计算表