液体流量测定与流量计校验

实验五液体流量测定与流量计校验

一．实验目的

流量的测定和其他基本物理量，如温度、压力等的测定一样，在科学研究、工业生产，甚至在日常生活中，都是十分重要的。

流体流量的测定：包括不可压缩流体和可压缩流体两类流体流量的测定。在测量方法和仪表方面，两者有不同，但也有通用的仪器，如常用的孔板流量计和转子流量计，既可用于测量不可压缩流体，也可用于可压缩流体。这些测量仪表又大都安装在流体输送管道上。

工厂使用的流量计大都是按照标准规范制造的，不需校验，照其规定就可使用。在实验室里，情况则不然，通常测量的都是小流量，并且被测流体的种类和性质也常随工作对象的变化而变更，所以使用标准规范的流量计很困难。这就往往需要根据实际情况（主要是流量大小、流体性质、使用条件等）自己制作一些非标准化的流量计，然后用实验方法进行校验标定，以求得具体的计算式子或标绘出流量曲线。

本实验采用自制的孔板流量计和文丘里流量计测定流体流量，用直接容量法进行标定；同时测定孔流系数与雷诺数之间的关系，并比较两种流量计的阻力损失。通过实验，不仅可学习到液体流量的测定方法，流量计的使用和校验方法，也必将有助于巩固所学的理论知识。更重要的还在于对学习者今后要去从事的科学研究或其他实验工作来说，更有实际意义。

二．实验原理

1、孔板流量计：

孔板流量计的构造原理如下图示，在管路中装有一孔板，孔板两侧接出测压管，分别与U形压差计相连接。

图1 实验装置图

孔板流量计是利用流体通过锐孔的节流作用，使流速增大，压强减小，造成孔板前后压

强差，作为测量的依据。

若管道的直径为d ，孔板锐孔直径为1d ，流体流经孔板后形成缩脉的直径为2d ，流体密度为ρ。

在截面积Ⅰ、Ⅱ处，即孔板前导管处和缩脉处的速度和压强分别为1u ，2u 与21,p p ，根据柏努利方程式可得：

H p u u p ∆==--ρ2

1212

22 （1） 或

H u u ∆=-22122 （2）

由于缩脉位置因流速而变，截面积2A 又难予知道，而孔板孔径的面积0A 是已知的，测压器的位置在设备一旦制成后，也是不变的。因此，用孔板孔径处流速0u 来代替（2）式中的2u ，又考虑到实际流体同局部阻力所造成的能量损失，故需用系数C 加以校正，式（2）可改写为：

H C u u ∆=-22120 （3）

对于不可压缩流体，根据连续性方程式，又可得：

1

1A A u u = （4） 将式（4）代入（3），整理后可得：

2

1

00)(

12A A H C u -∆=

（5）

令2

1

00)(

1/A A C C -=则式（5）可简化为： H C u ∆=200 （6） 根据00A u 和，即可算出流体的体积流量：

H A C A u v s ∆==20000 （m/s ） （7）

或 ρ

ρρ)

(20

0-=A s gR A C v （m/s ） （8）

式中：R ——u 形压差计算数（液体高差度） ， m ；

A ρ——压差计中指示液的密度 ， 3/m kg 。

0C 称为孔板流量系数，它由孔板流孔的形状，测压口位置、孔径与管径比10/d d 和雷诺准

数Re 所决定，具体数值由实验测定。当孔板的10/d d 一定后，Re 数超过某一定值后，0C 就接近于定值。一般工业上定形的流量计，就是规定在0C 为定值的流动条件下使用。 2、文丘里流量计：

孔板流量计装置简单，但其主要缺点就是阻力损失大。文丘里流量计针对孔板流量计的问题，使流量计的管径逐渐缩小，然后逐渐扩大以减少涡流损失。其构造如下图所示。

图2 实验结构图

扩大管与收缩管接近处，即管截面积为最小处，称为文氏管喉。管喉处流速应为： H C u v ∆=20 （9） 或 ρ

ρρ)

(20-=A v

gR C u （10）

根据v u 和管喉截面积v A ，可得流体的体积流量： ρ

ρρ)

(2-=A v

v s gR A C V （11）

式中v C 称为文丘里流量计的流量系数，其数值随雷诺准数而改变。流量系数的具体数值亦由实验测定。在湍流情况下，当喉径与管径比2

1

~4110=d d 时，v C 约为0.98。 3、流量计的局部阻力：

流体流过流量计时，因局部阻力所造成的能量损失，其较为简单的计算方法为阻力系数法。也就是说，流体克服局部阻力所消耗的能量（损失压头）可表示为动能（动压头）的倍数，即：

2

20

u h f ζ= （J/kg ） （12）

式中：

f h ——流量计因局部阻力所消耗的压头损失， J/k

g ； 0u ——流量计锐孔喉管处的流速， m/s ；

ζ——流量计的局部阻力系数。

若在流量计两端连接导管上，列出实际流体的机械能蘅算式，可得：

f H g

u g p Z g u g p Z +++=++222

2

222211ρρ （13）

式中下标1，2分别表示流量计上游和下游导管中的数值。若在这种情况：

流量计水平装置，即21Z Z =；

流量计两侧连接导管的管径相同，则21u u =。 则上式即可简化为：

ρ

ρρ2

1-=

f h （J/k

g ） （14） 由此可见，只要在流量计两侧水平管上测得压力差，即可得到流量计因局部阻力所消耗的压头损失。同时，可按式（12）计算出流量计的局部阻力系数值。