流速量测(毕托管)实验

武汉大学教学实验报告

学院：水利水电学院 专业： 水文与水资源 2013年4月20日

实验名称 流速量测（毕托管）实验 指导老师 姓名

年级

学号

成绩

一：预习部分

1：实验目的 2:实验基本原理

3：主要仪器设备（含必要的元器件，工具）

一、实验目的要求

1、通过本次实验，掌握基本的测速工具（毕托管）的性能和使用方法。

2、绘制各垂线上的流速分布图，点绘断面上的等流速分布曲线，以加深对明槽水流流速分布的认识。

3、根据实测的流速分布图，计算断面上的平均流速v 和流量Q 测，并与实验流量Q 实相比较。 二、主要仪器设备

毕托管、比压计及水槽。简图如下：

毕托管测速示意图

三、实验原理

毕托管是由两根同心圆的小管所组成。A 管通头部顶端小孔，B 管与离头部顶端为3d 的断面上的环形孔相通。环形孔与毕托管的圆柱表面垂直，因此它所测得的是水流的势能γ

p

z +

，在测压牌上所反映

的水面差g

u p z g u p

z h 2)()2(2

2=+-++=∆γγ即为测点的流速水头。

二：实验操作部分

1：实验数据，表格及数据处理 2：实验操作过程（可用图表示） 3结论

为了提高量测的精度，将比压计斜放成α角，若两测压管水面之间的读数差为L ∆，则有

αsin L h ∆=∆，从而可以求得测点的流速表达式：

αsin 22L g C h g C u ∆=∆=

式中 C —流速修正系数，对不同结构的毕托管，其值由率定得之。

本实验使用的毕托管，经率定C =1。

1、垂线流速分布图的画法，垂线平均流速的计算

将所测得的同一垂线各点流速，按选定的比例尺画在坐标纸上。槽底的底流为零，水面的流速矢端为水面以下各点流速矢端向上顺延与水面相交的那一点。由水深线及各点流速矢端所围成的矢量图，即为垂线流速分布图。显然，流速分布图的面积除以水深h ，就是垂线的平均流速u 。

垂线平均流速：

h

w u =

式中 u —垂线平均流速（cm/s ）；

w —垂线流速分布图的面积（cm 2）； h —水深（cm ）。

2、断面平均流速的计算

断面平均流速：

∑==n

i i u n v 1

1

式中 v —断面平均流速（cm/s ）；

i u —第i 根垂线上的平均流速（cm/s ）

；n —垂线个数。

量测断面垂线及测点布置图

垂线流速分布图

3、流量的计算

实测的流量：

A v Q ⨯=测

式中 Q 测—实测流量（cm 3

/s ）；v —断面平均流速（cm/s ）；A —过水断面面积（c ㎡）。

实验流量从电磁流量计中读出。

`

四、方法步骤

1、打开水槽的进水阀门，调节尾门，将水深控制在20厘米左右。

2、用测针测得水深h 。如图所示，在断面上布置5条垂线，每条垂线布置5个测点。毕托管最 高点宜在水面以下2厘米，最低点为毕托管的半径（0.4厘米），其余各点均布其中。

3、按所布置的垂线及测点位置逐步进行测量。例如：把毕托管首先放在第一条垂线上，即毕托管中心到槽边壁的距离（B /10）厘米。接着把毕托管放到槽底，同时测读固定毕托管测杆标尺上的读数，稍待稳定后，再测读比压计上的读数A ∇、B ∇，这就完成了第1个测点的工作。然后将毕托管依次提升，直至水面下2厘米那一点为止。其它各条垂线的测量方法同上述步骤一样，并把各条垂线各测点相应的距离和高度记录在垂线流速分布测点表中。

4、将测得的数据进行分析、整理，并采用坐标纸按一定的比例： （a ）点绘各垂线上的流速分布图。（b ）点绘断面上各等流速点的分布曲线。

5、分析比较实测流量与实验流量有何差别。 五、注意事项

1、测速之前，首先要对毕托管、比压计进行排气。排气方法：从比压计三通管注入有一定压力的水流，使水和空气由毕托管喷出，冲水约3分钟左右将毕托管浸入防气盒静水中。然后打开三通管，在大气压强作用下比压计测管中的水面下降，待降不便于测读的位置时，用止水夹夹紧三通管。此时比压计两测管中的水面应该齐平，否则要重新冲水排气，直至两管水面齐平后方能进行测速工作。

2、实验过程中，为防止进气，毕托管不得露出水面。实验结束后，将毕托管放入防气盒静水中，检查是否进气，若比压计两管水面不平，说明所测数据有误差，应重新冲水排气，重新施测。

3、毕托管嘴必须正对流向。

4、测读时，视线应垂直于比压计的倾斜面，读取弯液面的最低点读数，当测管中的水面上下脉动时，读取平均值。 六、量测与计算

1、已知数据

由电磁流量计读出实验流量Q 实 水槽宽度B=60（cm ）。 毕托管直径d =0.8（cm ）。

水压计倾斜角α=30°。 重力加速度g =980（cm/s 2

）。 2、实测数据与计算

槽底测针读数 2.32 厘米；测针尖接触水面时的读数 28.64 厘米；测针量得水深h = 26.32 厘米。

垂线流速分布测定表

垂线 编号 测点 编号 测点到槽底高

度（cm ） 毕托管测杆读数

cm 斜比压读数 =∆L A ∇-B ∇ cm =∆h αsin L ∆ cm 测流流速u cm/s 垂线平均

流速u cm/s A ∇ cm B ∇ cm

中

垂

线

L=B/2

1 0.40 -0.20 19.39 19.05 0.34 0.170 18.25 26.24

2 5.18 4.58 19.46 18.92 0.54 0.270 23.00

3 9.97 9.37 19.57 18.79 0.78 0.390 27.65

4 14.7

5 14.15 19.59 18.72 0.87 0.435 29.20 5 19.54 18.94 19.60 18.71 0.89 0.445 29.53

6 24.32 23.72 19.60 18.69 0.91 0．455 29.86 水面

3、绘制垂线上的速度分布图即z-u 图像

图像见本报告所附坐标纸

4、计算

三： 实验效果分析（包括仪器设备等使用效果）

七、思考题：

1. 毕托管、比压计排气不净，为什么会影响测量精度？

答：毕托管、比压计极其连通管道只有充满被测液体才能满足连续条件，才有可能测得真值；否则若有气泡夹杂，会使测压存在误差。误差值与气柱高度和位置有关。对于非堵塞性气泡，虽不产生误差，但若不将它排除，实验过程中可能变成堵塞性气柱而影响精度。 2. 为什么必须将毕托管正对来流方向？如何判断毕托管是否正对了流向？

答：因为毕托管测流速是将来流的动能全部转化成势能，因此必须将毕托管正对来流方向。转动毕托管，当两液柱高度差最大时的位置，就可判断毕托管已正对了流向。 3. 比压计安放位置的高低，是否影响测量数据？为什么？

答：不影响。因为比压计测量的是两个位置的压强差，而与安放高度无关，所以，比压计安放高度的高低，不影响测得的压强差数据。

八、误差来源分析

1、水槽内水流未稳定就开始测量，导致误差偏大。

2、毕托管嘴未正对水流，测得流速有误差。

教师评语

指导教师 年 月 日