文丘里流量計(jì)實(shí)驗(yàn)

文丘里流量計(jì)實(shí)驗(yàn)（新）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵蟆?、掌握文丘里流量計(jì)的原理。2、學(xué)習(xí)用比壓計(jì)測(cè)壓差和用體積法測(cè)流量的實(shí)驗(yàn)技能。3、利用量測(cè)到的收縮前后兩斷面1和2-2的測(cè)管水頭差'h，根據(jù)理論公式計(jì)算管道流量，并與實(shí)測(cè)流量進(jìn)行比較，從而對(duì)理論流量進(jìn)行修正得，到流量計(jì)的流量系數(shù)卩，即對(duì)文丘里流量計(jì)作出率定。一、實(shí)驗(yàn)裝置儀器裝置簡(jiǎn)圖59610711123215961071112321圖一文丘里流量計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置圖

1.自循環(huán)供水器2.實(shí)驗(yàn)臺(tái)3.1.自循環(huán)供水器2.實(shí)驗(yàn)臺(tái)3.可控硅無(wú)級(jí)調(diào)速器4.恒壓水箱5.溢流板 6.穩(wěn)水孔板9.測(cè)壓計(jì) 10.滑尺12.實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥7.文丘里實(shí)驗(yàn)管段8.測(cè)壓計(jì)氣閥11.多管壓差計(jì)［說(shuō)明］在文丘里流量計(jì)7的兩個(gè)測(cè)量斷面上,分別有4個(gè)測(cè)壓孔與相應(yīng)的均壓環(huán)連通,經(jīng)均壓環(huán)均壓后的斷面壓強(qiáng)，由氣—水多管壓差計(jì)9測(cè)量,也可用電測(cè)儀測(cè)量。功能訓(xùn)練使用文丘里管測(cè)量管道流量和采用氣—水多管壓差計(jì)測(cè)量壓差的技術(shù);率定流量計(jì)的流量系數(shù)比供分析卩與雷諾數(shù)Re的相關(guān)性；可供實(shí)驗(yàn)分析文氏流量計(jì)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(xiàng)定性、定量實(shí)驗(yàn)。技術(shù)特性由可控硅無(wú)級(jí)調(diào)速器控制供水流量的自循環(huán)臺(tái)式裝置實(shí)驗(yàn)儀；恒壓供水箱、文丘里管及實(shí)驗(yàn)管道采用丘明有機(jī)玻璃精制而成。文丘里管測(cè)壓斷面上設(shè)有多個(gè)測(cè)壓點(diǎn)和均壓環(huán)；配有由有機(jī)玻璃測(cè)壓管精制而成的氣水多管壓差計(jì),擴(kuò)充了測(cè)壓計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；為擴(kuò)充現(xiàn)代量測(cè)技術(shù),配有壓差電測(cè)儀,測(cè)量精度為0.01；供電電源:220V、50HZ;耗電功率:100W;流量：供水流量0~300ml/s,實(shí)驗(yàn)管道過(guò)流量0~200ml/s;實(shí)驗(yàn)儀專用實(shí)驗(yàn)臺(tái)：長(zhǎng)x寬=150cmx55cm。二、安裝使用說(shuō)明:安裝儀器拆箱以后,按圖檢查各個(gè)部件是否完好,并按裝置圖所示安裝實(shí)驗(yàn)儀,各測(cè)點(diǎn)與測(cè)壓計(jì)各測(cè)管一一對(duì)應(yīng),并用連通管聯(lián)接,調(diào)速器及電源插座可固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)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;通電試驗(yàn)加水前先接上220V交流市電,順時(shí)針?lè)较虼蜷_(kāi)調(diào)速器旋鈕,若水泵啟動(dòng)自如,調(diào)速靈活,即為正常。請(qǐng)注意,調(diào)速器旋鈕逆時(shí)針轉(zhuǎn)至關(guān)機(jī)前的臨界位置,水泵轉(zhuǎn)速最快,即出水流量最大;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(guò)濾凈化更佳,若水的硬度過(guò)大,最好采用蒸餾水。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(jì)內(nèi)加水做實(shí)驗(yàn)之前需對(duì)多管壓差計(jì)內(nèi)加水,先打開(kāi)氣閥8,在測(cè)管2、3內(nèi)注水至h2=h3沁24.5cm,并檢查測(cè)壓計(jì)管1與管2、管3與管4之間是否連通,再檢查管2、3之間底部，若有氣泡,也需排除。排氣開(kāi)啟水泵供水,待水箱溢流后,來(lái)回開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥數(shù)次,待實(shí)驗(yàn)管道內(nèi)無(wú)氣泡后，關(guān)閉調(diào)節(jié)閥，松開(kāi)氣閥8,調(diào)節(jié)調(diào)速器3使測(cè)壓計(jì)讀數(shù)h1二h4沁28.5cm,并抖動(dòng)連通軟管，將連通管內(nèi)氣泡排出后，擰緊氣閥8。若配有文丘里電測(cè)儀,還需對(duì)連接電測(cè)儀傳感器端的連通管進(jìn)行排氣和調(diào)壓筒注水，方法是在上述狀態(tài)下松開(kāi)調(diào)壓筒頂部氣閥,待筒內(nèi)充水2/3后擰緊,再松開(kāi)傳感器上氣閥排氣,待氣閥處無(wú)氣泡、連續(xù)出水、連通管內(nèi)無(wú)氣泡后，擰緊氣閥，即可。排氣后關(guān)閉閥門(mén)、氣閥,檢查水箱、實(shí)驗(yàn)管道、測(cè)壓計(jì)及各接口處密封狀況,應(yīng)無(wú)漏水，且穩(wěn)定后，測(cè)壓計(jì)上讀數(shù)h1-h2+h3-h4<2mm（毛細(xì)高度），不然需查明故障原因（如連通管受阻、破損、夾氣泡、漏氣等）;采用文丘里電測(cè)儀測(cè)壓差,；圖1.2電測(cè)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(jī)。6、穩(wěn)壓筒為了簡(jiǎn)化排氣，并防止實(shí)驗(yàn)中再進(jìn)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(cè)儀由壓力傳感器和主機(jī)兩部分組成經(jīng)。由連通管將其接入測(cè)（點(diǎn)圖1.2）。壓差讀數(shù)（以厘米水柱為單位）通過(guò)主機(jī)顯示。保養(yǎng)、維修（1） 儀器保養(yǎng)做完實(shí)驗(yàn)后,請(qǐng)松開(kāi)測(cè)壓計(jì)底座螺栓,排盡測(cè)壓計(jì)各測(cè)管內(nèi)積水,（若用電測(cè)儀,還需排盡調(diào)壓筒內(nèi)積水）,以防結(jié)垢粘污;儀器切勿置于陽(yáng)光照射之下;不使用時(shí),請(qǐng)加防塵罩,以防塵埃;學(xué)期末實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí),須排盡儲(chǔ)水系統(tǒng)中的水,并拔下連通軟管的一個(gè)端頭，排凈積水;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） 儀器維修測(cè)點(diǎn)接頭損壞或滲漏,可更換不銹鋼針咀處密封軟塑管;若實(shí)驗(yàn)管道斷裂,將斷裂處對(duì)接上,并在外面套一有機(jī)玻璃套箍固定,用氯仿粘結(jié)即可恢復(fù)原樣;若斷裂在螺旋處,在原管道上截去一管段，并取等長(zhǎng)度帶螺紋有機(jī)玻璃管替換,再用上述方法修復(fù);若水箱、實(shí)驗(yàn)管道、漏斗等有機(jī)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(guò)5~10分鐘后即可正常使用；若測(cè)壓計(jì)各測(cè)管底部不銹鋼細(xì)管處發(fā)生松動(dòng)、滲漏,將測(cè)壓架倒置,待干燥后,在滲漏、松動(dòng)處滴上502膠合劑,數(shù)分鐘后即可正常使用；若測(cè)壓計(jì)（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；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、C兩點(diǎn),若水泵不轉(zhuǎn),而A、B二點(diǎn)電壓正常（為220V）,則表明水泵壞,需更換之；若水泵轉(zhuǎn)動(dòng)正常,則表明是調(diào)速器損壞,需更換調(diào)速器；換下來(lái)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(shí)驗(yàn)后,必須檢查調(diào)速器有否關(guān)閉,切勿將其調(diào)至最小流量處,否則,長(zhǎng)時(shí)間易損壞調(diào)速器。圖二供水器供電線路簡(jiǎn)圖三、教學(xué)指導(dǎo)1.設(shè)計(jì)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(qiáng)變化的局部管件,則局部管件該處的（靜）壓強(qiáng)的改變與流量之間（對(duì)一定管徑而言）存在著一定關(guān)系,運(yùn)用這種關(guān)系,只要測(cè)得局部管件的壓強(qiáng)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、喉道及漸擴(kuò)段三部分組成（如圖三所示）,在收縮段進(jìn)口斷面與喉道處分別安裝一根測(cè)壓管（或是連接兩處的水銀壓差計(jì)）。文丘里管測(cè)流量。這種方法在十九世紀(jì)末即已提出。由于文丘里管能量損失小、對(duì)水流干擾較少和使用方便等優(yōu)點(diǎn),在生產(chǎn)上及實(shí)驗(yàn)室中均被廣泛采用。因此,作為一名工科專業(yè)的學(xué)生,有必要熟知文丘里管流量計(jì)的結(jié)構(gòu)及其使用方法。圖三文丘里管結(jié)構(gòu)圖然而,傳統(tǒng)的文丘里管實(shí)驗(yàn)儀器,在設(shè)計(jì)選材方面存在一定缺陷:其一,設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)偏大,供水、量水設(shè)備龐大復(fù)雜;其二,往往采用銅等金屬材料來(lái)制作,由于金屬材料不丘明性,無(wú)法讓學(xué)生看清文丘里管的內(nèi)部結(jié)構(gòu);其三,測(cè)壓孔內(nèi)表面難以處理,常影響實(shí)驗(yàn)精度;其四,采用高位水箱供水,引水供多組實(shí)驗(yàn)共用,造成實(shí)驗(yàn)組間互相干擾。鑒于以上原因，我們對(duì)原有文丘里實(shí)驗(yàn)儀器在結(jié)構(gòu)、選材上進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)與改造。在材料方面,一改原有的金屬材料,為丘明的有機(jī)玻璃,使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可視化,且便于測(cè)點(diǎn)光滑處理;將其結(jié)構(gòu)進(jìn)行縮小,采用獨(dú)立自循環(huán)供水系統(tǒng),布置在專用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上,恒壓水箱提供穩(wěn)壓水頭,并在測(cè)壓斷面上設(shè)有多個(gè)測(cè)壓點(diǎn)

和均壓環(huán),從而降低了因制作誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響,提高了實(shí)驗(yàn)精度;同時(shí),可方便地用體積法或重量法測(cè)量流量,這比以往的實(shí)驗(yàn)儀器更能滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求,經(jīng)過(guò)多年來(lái)的不斷完善、改進(jìn),現(xiàn)已在國(guó)內(nèi)眾多高等院校中廣泛使用。實(shí)驗(yàn)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'。如圖三所示，對(duì)于文丘里管前斷面及喉管處，處于該兩處面積分別為A只要測(cè)得該兩處流速v,便可測(cè)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(duì)該兩斷面立方程求解。取管軸線為基準(zhǔn),并且不計(jì)阻力作用時(shí)(1)(2)0+P1+乍二0+匕+V!(1)(2)Y 2g Y 2g” nd2nd2艮卩 V4=V 2-1424由式(1)、(2)可解得V1V1(3)(4)(5)因此k=f(3)(4)(5)k=f吟麗(才)4-12、(4)式中：Ah為兩斷面測(cè)壓管水頭差；k為文丘里流量計(jì)常數(shù)，對(duì)給定管徑是常數(shù)。然而，由于阻力的存在,實(shí)際通過(guò)的流量Q恒小于實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的流量Q＇。今引入一個(gè)無(wú)量綱系數(shù)卩=Q/Q'⑴稱為流量系數(shù))，對(duì)計(jì)算所得流量值進(jìn)行修正。即 Q=^Q'—pkpAh另由靜水力學(xué)基本方程可得氣—水多管壓差計(jì)的Ah為Ah=h1－h(huán)2＋h3－h(huán)4在做本實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得流量Q'及水頭差A(yù)h,據(jù)此，我們便可以測(cè)得此時(shí)文丘里管的流量系數(shù)卩卩—Q/k\:Ah實(shí)驗(yàn)內(nèi)容定量分析實(shí)驗(yàn)請(qǐng)參考《實(shí)驗(yàn)報(bào)告解答》。以下僅介紹定性分析實(shí)驗(yàn)，測(cè)定文實(shí)驗(yàn)時(shí),將電測(cè)儀傳感器低壓端用連通管通過(guò)三通連接于文丘里管喉頸處,電測(cè)儀傳感器高壓(即帶紅點(diǎn))端接通大氣。待實(shí)驗(yàn)管道及連通管內(nèi)的空氣排凈后,在恒定水位下關(guān)閉閥門(mén),使流量為零,此時(shí)對(duì)電測(cè)儀調(diào)零。調(diào)零后，開(kāi)啟閥門(mén)，調(diào)節(jié)流量,這時(shí)電測(cè)儀讀數(shù)即相應(yīng)流量下管內(nèi)真空度(喉頸處允許最大真空值分析，請(qǐng)參看成果分析)。成果分析(1)本實(shí)驗(yàn)中,影響文丘里管流量系數(shù)大小的因素分析。由式：Q二止d2.2gAh/\(d/d)4—1410'12H二Q、；d-4—dj4/扌.2gAh可見(jiàn)本實(shí)驗(yàn)(水為流體)的h值大小與Q、d「d2、Ah有關(guān)。其中d「d2影響最敏感。如實(shí)驗(yàn)的文氏管d1=1.4cm,d2=0.71cm,通常在切削加工中d1比d2測(cè)量方便,容易掌握好精度,d2不易測(cè)量準(zhǔn)確,從而不可避免的要引起實(shí)驗(yàn)誤差。例如實(shí)驗(yàn)最大流量時(shí)H值為0.976,若d2的誤差為-0.01cm,那么h值將變?yōu)?.006,顯然不合理。(2)驗(yàn)證氣—水多管壓差計(jì)的關(guān)系:(Z+p/丫)一(Z+p/丫)=h一h+h一h1 2 2 1 2 3 4圖四如圖四所示：Ah1=h1-h2 ,餉2二h3-h4

因?yàn)?Ah-H+Ah+H+H因?yàn)?131=冬-H+Ah+Ah+H所以 (Z+p/y)-(Z+p/y)1122二Z+p/y-H+Ah+Ah+H—Z—p/y

12221122=(Z+H)—(Z+H)+Ah+Ah二h—h+h—h

1122121234應(yīng)用量綱分析法,闡明文丘里流量計(jì)的水力特性。運(yùn)用量綱分析法得到文丘里流量計(jì)的流量表達(dá)式,然后結(jié)合實(shí)驗(yàn)成果,便可進(jìn)一步搞清流量計(jì)的量測(cè)特性。對(duì)于平置文丘里管，影響u的因素有：文氏管進(jìn)口直徑小〔、喉徑d2、流體的密度P、動(dòng)力粘滯系數(shù)卩及兩個(gè)斷面間的壓強(qiáng)差A(yù)P。根據(jù)兀定理有：f(u2、d「d2,p、卩、Ap)=0 (6)從中選取三個(gè)基本量,分別為：[d]=[L1T0M0][u]=[LiT-1Mo]1[P]=[L-3T0Mi]共有6個(gè)物理量，有3個(gè)基本物理量，可得3個(gè)無(wú)量綱兀數(shù)，分別為：兀=d/da1ubpc1，TOC\o"1-5"\h\z2ii兀=P/da2ub2pc2,11兀=Ap/da3ub3pc3,1 1根據(jù)量綱和諧原理,嗎的量綱式為「 ]「 1Il]=LkLt—i1Ml—3」i分別有L: 1=a1+b1-3c1]T： 0=-b1 卜M:0=c1 /聯(lián)解得：a1=1，b1=0，c1=0則d兀=―2-1d1

同理可解得：dup同理可解得：dup11Ap兀二一—3 u2p1將各兀值代入式(6)得無(wú)量綱方程為：1，吋吋)二1，吋吋)二p Ap或?qū)懗蓇2u2puu=JAP/p-f(d、1 2d1進(jìn)而可得流量表達(dá)式為Re)=.2gAp/丫-f(—、Re)

i 3d i1(7)(8)TOC\o"1-5"\h\zQ=+d2TgAh-f($、Re1)41 3d1(7)(8)1式(7)與不計(jì)損失時(shí)理論推導(dǎo)得到的冗 dQ=-d2j2gAh/：(-2)4-1它4i -相似。為計(jì)及損失對(duì)流量的影響,實(shí)際流量在式(3)中引入流量系數(shù)pQ計(jì)算,變?yōu)?9)Q-p晉d2p2gAh/J(d/d)4一1(9)比較(7)、(9)兩式可知，流量系數(shù)p與Re一定有關(guān)，又因?yàn)槭?9)中d2/d1的函Q21數(shù)關(guān)系并不一定代表了式(7)中函數(shù)f3所應(yīng)有的關(guān)系,故應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)搞清p與3QRe、d2/d1的相關(guān)性。通過(guò)以上分析,明確了對(duì)文丘里流量計(jì)流量系數(shù)的研究途徑,只要搞清它與Re及d2/d1的關(guān)系就行了。由本實(shí)驗(yàn)所得在紊流過(guò)渡區(qū)的p~Re關(guān)系曲線(d2/d1為常數(shù)),可知p隨Re的增大而增大，因恒有p<1,故若使實(shí)驗(yàn)Re增大，pQ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(shí)驗(yàn)資料分析，p與d1/d2也有關(guān)，不同的d1/d2值,可以得到不同的p~Re關(guān)系曲線，文丘里管通常使d1/d2=2o所以實(shí)用上，對(duì)特Q12定的文丘里管均需實(shí)驗(yàn)率定p~Re的關(guān)系,或者查用相同管徑比時(shí)的經(jīng)驗(yàn)曲Q

線，以及實(shí)用上較適宜于被測(cè)管道中的雷諾數(shù)Re>2xi05,使卩q值接近于常數(shù)0.98。流量系數(shù)卩的上述關(guān)系，也正反映了文丘里流量計(jì)的水力特性。文丘里管構(gòu)造、布置要求。丘過(guò)有機(jī)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(duì)水流干擾小,能量損失少,流量系數(shù)大。文丘里管的設(shè)計(jì)布置要求為：一、在構(gòu)造上，要求管徑比d2/d1在0.25~0.75之間，通常采用d2/d1=0.5;二、其擴(kuò)散部分的擴(kuò)散角a2也不宜太大，一般以5。~7。為宜；三、在布置上，要求文丘里管上游10倍管徑d15下游6倍管徑d1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)。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6?7mH2O。工程上應(yīng)用文丘里管時(shí),應(yīng)檢驗(yàn)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1－1，2－2， 3－3斷面,以軸線高程為基準(zhǔn),以本室1#文丘里實(shí)驗(yàn)儀為例,出水口低于軸線h=－10cm,當(dāng)水箱液面高于管軸線H0=28cm時(shí),測(cè)得其最大流量為156.91cm3/s,喉頸處最大真空度60.5cm。33則立1－1,3－3斷面能量方程。(10)TOC\o"1-5"\h\zav2 av2(10)=h+ 4+Q 32g 1-32g立2－2,3－3斷面能量方程：p av2 av2 av22+X二h+ 4+匚4 (11)Y 2g 2g 2-32g解得：:二6.17；1-3

: =4.582-3所以當(dāng)2－2斷面真空度達(dá)7m時(shí)，其值代入(10)、(11)式可測(cè)算出水箱水位高于管軸線5米左右。也就是說(shuō)，當(dāng)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(guò)7m，超出其真空度允許范圍。四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟、1、認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?/p>