實驗三、流量計實驗
一、實驗目的（填空）
1．掌握孔板 、文丘利節流式流量計的工作原理及用途；
2．測定孔板流量計的流量係數，繪製流量計的校正曲線 ；
3．了解兩用式壓差計的結構及工作原理，掌握其使用方法。
二、實驗裝置
1、在圖1-3-1下方的橫線上正確填寫實驗裝置各部分的名稱：
本實驗採用管流綜合實驗裝置。管流綜合實驗裝置包括六根實驗管路、電磁流量計、文丘利流量計、孔板流量計，其結構如圖1-3-1示。
f1—— 文丘里流量計； f2—— 孔板流量計 ；f3—— 電磁流量計 ；
c—— 量水箱 ； v—— 閥門 ； k—— 區域性阻力實驗管路
圖1-3-1 管流綜合實驗裝置流程圖
說明：本實驗裝置可以做流量計、沿程阻力、區域性阻力、流動狀態、串並聯等多種管流實驗。其中v8為區域性阻力實驗專用閥門，v10為排氣閥。除v10外，其它閥門用於調節流量。
另外，做管流實驗還用到汞-水壓差計（見附錄a）。
三、實驗原理
1．文丘利流量計
文丘利管是一種常用的量測有壓管道流量的裝置，見圖1-3-2屬壓差式流量計。它包括收縮段、喉道和擴散段三部分，安裝在需要測定流量的管道上。在收縮段進口斷面1-1和喉道斷面2-2上設測壓孔，並接上比壓計，通過量測兩個斷面的測壓管水頭差 ，就可計算管道的理論流量 q ，再經修正得到實際流量。
2．孔板流量計
如圖1-3-3，在管道上設定孔板，在流動未經孔板收縮的上游斷面1-1和經孔板收縮的下游斷面2-2上設測壓孔，並接上比壓計，通過量測兩個斷面的測壓管水頭差 ，可計算管道的理論流量 q ，再經修正得到實際流量。孔板流量計也屬壓差式流量計，其特點是結構簡單。
圖1-3-2 文丘利流量計示意圖圖1-3-3 孔板流量計示意圖
3．理論流量
水流從1-1斷面到達2-2斷面，由於過水斷面的收縮，流速增大，根據恆定總流能量方程，若不考慮水頭損失 ，速度水頭的增加等於測壓管水頭的減小（即比壓計液面高差），因此，通過量測到的建立了兩斷面平均流速v1和v2之間的乙個關係：
如果假設動能修正係數，則最終得到理論流量為：
式中，，為孔板銳孔斷面面積。
4．流量係數
（1）流量計流過實際液體時，由於兩斷面測壓管水頭差中還包括了因粘性而造成的水頭損失，流量應修正為：
其中，稱為流量計的流量係數。
（2）流量係數除了反映粘性的影響外，還包括了在推導理論流量時將斷面動能修正係數、近似取為1.0帶來的誤差。
（3）流量係數還體現了緩變流假設是否得到了嚴格的滿足這個因素。對於文丘利流量計，下游斷面設定在喉道，可以說緩變流假設得到了嚴格的滿足。而對於孔板流量計，因下游的收縮斷面位置隨流量而變，而下游的量測斷面位置是固定不變的，所以緩變流假設往往得不到嚴格的滿足。
（4）對於某確定的流量計，流量係數取決於雷諾數 ，但當雷諾數較大（流速較高）時，流量係數基本不變。
四、實驗要求
1．有關常數：
實驗裝置編號：no. 4
孔板銳孔直徑： = 2.744 cm；面積：a= 5.914；
係數： = 261.81
2．實驗資料記錄及處理見表1-3-1。
表1-3-1 實驗資料記錄及處理表
3．以其中一組資料寫出計算例項。
以下均以第一組資料為例
（1）=-=100.7-20.8=79.9cm
（2）=×12.6=1006.7cm
（3）=/(3600s/h)*10^6=19.76/(3600s/h)*10^6=5488.89cm3/s
(4) = a*sqrt(2*g)*sqrt(h)=8306.85 cm3/s
(5) = q/（=5488.89/8306.85=0.7023
4．繪製孔板流量計的校正曲線圖
五、實驗步驟正確排序
（4）．將兩用式壓差計上部的球形閥關閉，並把v9完全開啟，待水流穩定後，接通電磁流量計的電源（接通電磁流量計前務必使管路充滿水）記錄電磁流量計、壓差計的讀數；
（1）．熟悉管流實驗裝置，找出本次實驗的實驗管路（第4、6根實驗管）；
（6）．實驗完畢後，依次關閉v9、孔板的兩個球形閥，開啟兩用式壓差計上部的球形閥。
（3）．再開啟孔板的兩個球形閥門，檢查汞-水壓差計左右兩汞柱液面是否在同一水平面上。若不平，則需排氣調平；
（2 ）．進水閥門v1完全開啟，使實驗管路充滿水。然後開啟排氣閥v10排出管內的空氣，待排氣閥有水連續流出（說明空氣已經排盡），關閉該閥；
（5 ）．按實驗點分布規律有計畫地逐次關小v9，共量測12組不同流量及壓差；
六、注意事項
1．本實驗要求2-3人協同合作。為了使讀數的準確無誤，讀壓差計、調節閥門、測量流量的同學要互相配合 ；
2．讀取汞-水壓差計的凸液面；
3．電磁流量計通電前，務必保證管路充滿水；
4．不要啟動與本實驗中無關的閥門。
七、問題分析
1．在實驗前，有必要排儘管道和壓差計中的空氣嗎？為什麼？
答：有必要；因為管道中的空氣排出一部分水，使測得的實際流量不准。而壓差計中如果有空氣會使壓差測量不准，直接影響測量結果。所以有必要排儘管道和壓差計中的空氣。
2．壓差計的液面高度差是否表示某兩斷面的測壓管水頭差？怎樣把汞-水壓差計的壓差換算成相應的水頭差？
答：壓差計的液面高度差不表示某兩斷面的測壓管水頭差。因為汞和水的重度不同，且水相對於水銀的密度不可忽略不計。p－p=[ρ(水銀)－ρ(水)]g
=×=12.6，即可以根據=*12.6將汞水高度差換成水頭差。
3．文丘利流量計和孔板流量計的實際流量與理論流量有什麼差別，這種差別是由哪些因素造成的？
答：由於各種原因如：①水在流動過程中有能量損失；②兩個斷面處動能修正係數也不等於1，實際中為大於1等等，會造成文丘利流量計和孔板流量計的實際流量都比理論流量小，但是由於結構設計等方面的因素，造成文丘利流量計和孔板流量計的實際流量與理論流量有差別，具體分析如下：
文丘利流量計下游斷面設定在吼道，緩變流斷面假設得到了嚴格滿足；而孔板流量計，因下游的收縮斷面位置隨流量而變，但下游的量側斷面位置是固定不變的，所以緩變流斷面的假設得不到嚴格滿足。另外，孔板流量計的對水流的阻力更大。因此孔板流量計實際流量與理論流量相差比文丘利流量計更大。
八、心得體會
答:通過本次實驗，將理論知識用到了實際的操作中，使我更加深刻的理解了孔板流量計和文丘利流量計的工作原理和用途；學會了測定孔板流量計的流量係數α，同時繪製流量計的校正曲線；了解了兩用式壓差計的結構及工作原理，掌握了兩用式壓差計的使用方法。
通過這次做實驗，我更加明白了合作的重要性。我們三個人分工完成實驗，相互配合，較快的完成了實驗。但是由於動手能力有限，沒能很完美的做好實驗，幸好有老師的仔細講解和正確指導，使得在實驗過程中並沒有出現不正當的操作。
通過這次實驗，我得的動手能力又有了很大的提高，這樣以後的實驗會更加順利；同時很感謝老師的講解和正確的指導。
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