实验之管道内压力流量的测量

实验二 管道内压力流速测量

小组成员：刘敏（1008180122）卢艺杰（1008180123）陶阳（1008180132） 一、实验目的

1熟悉热线风速仪的使用方法 2了解压差传感器的使用

二、实验原理

1热线风速仪的测速原理

热线风速仪是利用通电的热线探头在流场中会产生热量损失来进行测量的。如果流过热线的电流为I ，热线电阻为R ，则热线产生的热量是

R I

Q 2

1

=。

当热线探头置于流场中时，流体对热线有冷却作用。忽略热线的导热损失和辐射损失，可以认为热线是在强迫对流换热状态工作的，根据牛顿公式，热线散失的热量为

)(t 2

t Q

f W F -=α

式中 α——热线的对流换热系数 F ——热线的换热表面积

t

w

——热线温度

t

f

——流体温度

在热平衡条件下，有

Q

Q 2

1

=，因此可写出热线的能量守恒方程：

)(2

t t I

f W F -=α

R 是热线温度的函数，对一定的热线探头和流体条件，α主要与流体的运动速度有关，在一定t

f

一定的条件下，流体的速度只是电流和热线温度的函数，即()t w

I f ,

v =，只要固定

I,

t

w

其中一个固定，都可以获得流速v 与另一参数的单值函数关系。因此有恒温式和恒流式

()1.恒流式，亦称定电流法，即加热金属丝的电流保持不变，气体带走一部分热量后金属丝

的温度就降低，流速愈大温度降低得就愈多；温度变化时，热线电阻改变，两端电压变化，因而测得金属丝的温度则可得知流速的大小。

.()2恒温式，亦称定电阻法（即定温度法），改变加热的电流使气体带走的热量得以补充，而使金属丝的温度保持不变（也称金属丝的电阻值不变）如保持150℃，；这时流速愈大则所需加热的电流也愈大，根据所需施加的电流（加热电流值）则可得知流速的大小。 本实验采用恒流式

微差压差计是用来测量压力或压差很小的流体的仪器。

在U形管中放置两种密度不同、互补相溶的指示液，

管的上端有扩张室，扩张室有足够大的截面积，当读数

变化时，两扩张室中液面不致有太大变化。

按静力学基本方程式可推出：p1 - p2 = Rg ( r1 - r2 )

r1、r2为重轻两种指示液的密度，kg/m3。

毕托管有两根细管。一管孔口正对液流方向，90度转弯后液

流的动能转化为势能，液体在管内上升的高度是该处的总水头

Z+P/pg+V^2/2g；而另一根管开口方向与液流方向垂直，只

感应到液体的压力，液体在管内上升的高度是该处的测压管水

头（就是相应于势能的那部分水头）Z+P/pg，两管液面的高差

就是该处的流速水头V^2/2g，量出两管液面的高差H，则

V^2/2g=H，即V=ξ（2gH)^(1/2),从而间接地测出该处的流速V。ξ——动压管的校准系数它是由于毕托管的总压孔和静压孔不可能在同一位置

三、主要实验仪器

热线风速仪、微差压计、游标卡尺毕托管

四、实验内容及步骤

1 利用热线风速仪测量管道内流体的流速

主要实验仪器：热线风速仪，管道，风机

实验装置图：

实验流程：

1：打开风机

2：在管道内形成层流:

3：金属探管垂直探入流体中:

4：读出数字仪表读数

2采用差压法测量管道内流体的流速

（1）要正确选择测量点断面，确保测点在气流流动平稳的直管段。为此，测量断面离来流方向的弯头、变径异形管等局部构件要大于 4 倍管道直径。离下游方向的局部弯头、变径结构应大于 2 倍管道直径。

（2）测量时应当将全压孔对准气流方向，以指向杆指示。测量点插入孔应避免漏风，可防止该断面上气流干扰。用皮托管只能测得管道断面上某一点的流速，由于断面流量分布不均匀，因此该断面上应多测几点，以求取平均值。

（3）使用前测试一下畅通性。小静压孔经常检查，勿使杂质堵塞小孔使用后及时清洁内外管，以保证长期良好状态。

实验流程：

1：打开风机

2：在管道内形成层流:

3：仪器测端放入流体中:

4：读出数字仪表读数

五、思考题

1为何热线风速仪的测量结果和差压法测得的结果不同？

答：原因是倆者测量均有各种误差，滞后性各异。特别是测压管测量气流速度，由于滞后大，不适用于测量不稳定流动中的气流速度，即使在脉动频率只有几Hz 的不稳定气流中测流速，几乎不能得到满意的结果，空气中的压缩性，读数误差等均产生一定的误差。而相对而言，热线风速仪较为精确。 2 如需测管道内流量，除了测流速外还需具备什么条件或测什么参数？ 答：由于是层流圆管中有V=V MAX =(1-

R

2

2

r )，积分得V =2

1

V

MAX

。则体积流量

Q

V

=S V 。S ——为圆管垂直于流速的截面积。质量流量Q m

=Q

V

。若为了

更精确，可取

R

r

=0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0分别测出其速度V 然后进行积分，或用matlab 进行图像模拟，则可较精确测得流量值。

3你希望在该测量实验上做如何改进才能引起自己的兴趣或对所学知识有更大的帮助？

答：我觉得要自己再设计实验进行误差标定，如热线测速仪可考虑因辐射损失，导热损失造成误差的标定。测量紊流等流速较快的情况。