流量计校核实验指导书(DOC)
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节流式流量计校核装置实验指导书
流量计校核实验
一.实验目的
1.熟悉孔板流量计、文丘里流量计的构造、性能及安装方法。
2.掌握流量计的标定方法之一——容量法。
3.测定孔板流量计、文丘里流量计的孔流系数与雷诺准数的关系。
二.基本原理
对非标准化的各种流量仪表在出厂前都必须进行流量标定,建立流量刻度标尺(如转子流量计)、给出孔流系数(如涡轮流量计)、给出校正曲线(如孔板流量计)。使用者在使用时,如工作介质、温度、压强等操作条件与原来标定时的条件不同,就需要根据现场情况,对流量计进行标定。
孔板、文丘里流量计的收缩口面积都是固定的,而流体通过收缩口的压力降则随流量大小而变,据此来测量流量,因此,称其为变压头流量计。而另一类流量计中,当流体通过时,压力降不变,但收缩口面积却随流量而改变,故称这类流量计为变截面流量计,此类的典型代表是转子流量计。
2.1孔板流量计的校核
孔板流量计是应用最广泛的节流式流量计之一,本实
验采用自制的孔板流量计测定液体流量,用容量法进行标
定,同时测定孔流系数与雷诺准数的关系。
孔板流量计是根据流体的动能和势能相互转化原理而
设计的,流体通过锐孔时流速增加,造成孔板前后产生压
强差,可以通过引压管在压差计或差压变送器上显示。其
基本构造如图3-1所示。
若管路直径为d1,孔板锐孔直径为d0,流体流经孔板
前后所形成的缩脉直径为d2,流体的密度为ρ,则根据柏
努利方程,在界面1、2处有:
图3-1 孔板流量计
2221122u u p p p ρρ
--∆== (3-1) 或
22212/u u p ρ-=∆ (3-2) 由于缩脉处位置随流速而变化,截面积2A 又难以指导,而孔板孔径的面积0A 是已知的,因此,
用孔板孔径处流速0u 来替代上式中的2u ,又考虑这种替代带来的误差以及实际流体局部阻力造成的能
量损失,故需用系数C 加以校正。式(3-2)改写为
22212/u u C p ρ-=∆ (3-3) 对于不可压缩流体,根据连续性方程可知0101
A u u A =,代入式(3-3)并整理可得 0012/1()2C p u A A ρ
∆=- (3-4)
令 02
01
1()C C A A =- (3-5) 则式(3-4)简化为 002/u C p ρ=∆ (3-6)
根据0u 和0A 即可计算出流体的体积流量:
ρ/20000p A C A u V ∆== (3-7)
或 ρρρ/)(20000-==i gR A C A u V (3-8)
式中:V -流体的体积流量, m 3/s ;
R -U 形压差计的读数,m ;
i ρ-压差计中指示液密度,kg/m 3;
0C -孔流系数,无因次;
0C 由孔板锐口的形状、测压口位置、孔径与管径之比和雷诺数Re 所决定,具体数值由实验测定。
当孔径与管径之比为一定值时,Re 超过某个数值后,0C 接近于常数。一般工业上定型的流量计,就
是规定在0C 为定值的流动条件下使用。0C 值范围一般为0.6-0.7。
孔板流量计安装时应在其上、下游各有一段直管段作为稳定段,上游长度至少应为10d 1,下游为
5d 2。孔板流量计构造简单,制造和安装都很方便,其主要缺点是机械能损失大。由于机械能损失,使
下游速度复原后,压力不能恢复到孔板前的值,称之为永久损失。d 0/d 1的值越小,永久损失越大。
2.2文丘里流量计的校核
孔板流量计的主要缺点时机械能损失很大,为
了克服这一缺点,可采用一渐缩渐括管,如图3-2
所示,当流体流过这样的锥管时,不会出现边界层
分离及漩涡,从而大大降低了机械能损失。这种管
称为文丘里管。
文丘里管收缩锥角通常取15°-25°,扩大段锥角
要取得小些,一般为5°-7°,使流速改变平缓,因为
机械能损失主要发生在突然扩大处。 图3-2文丘里流量计
文丘里流量计测量原理与孔板完全相同,只不过永久损失要小很多。流速、流量计算仍可用式(3
-6)、(3-7),式中0u 仍代表最小截面处(称为文氏喉)的流速。文丘里管的孔流系数0C 约为0.98-0.99。
机械能损失约为
20
1.0u w f (3-9) 文丘里流量计的缺点是加工比孔板复杂,因而造价高,且安装时需占去一定管长位置,但其永久
损失小,故尤其适用于低压气体的输送。
三.实验装置与流程
实验装置 如图3-3所示。主要部分由循环水泵、流量计、U 型压差计、温度计和水槽等组成,实验主管路为1寸不锈钢管(内径25mm )。
管道离心泵
水槽
计量筒
文丘里流量计孔板流量计
V-3
图3-3 流量计校核实验示意图
四.实验步骤与注意事项
1. 熟悉实验装置,了解各阀门的位置及作用。
2. 对装置中有关管道、导压管、压差计进行排气,使倒U 形压差计处于工作状态。
3. 对应每一个阀门开度,用容积法测量流量,同时记下压差计的读数,按由小到大的顺序在小流量时测量8-9个点,大流量时测量5-6个点。为保证标定精度,最好再从大流量到小流量重复一次,然后取其平均值。
4. 测量流量时应保证每次测量中,计量桶液位差不小于100mm 或测量时间不少于40s 。
5. 主要计算过程如下:
(1)根据体积法(秒表配合计量筒)算得流量V (m 3/h );
(2)根据24d V u π=,孔板取喉径d 0=15.347mm ,文丘里取喉径d =12.462mm ; (3)读取流量V (由闸阀开度调节)对应下的压差计高度差R ,根据002/u C p ρ=∆和
gR p ρ=∆,求得C 0值。