文丘里及孔板流量计流量系数的测定方法-实验教案2011-4-18

攀枝花学院

Panzhihua University

实验教案2010～2011 学年度第二学期

课程名称冶金传输原理实验

项目名称文丘里及孔板流量计流量系数的测定方法项目学时4学时

适用班级2008级冶金工程钢铁、有色方向班等授课教师吴国洋

教师职务副教授

教学单位材料工程学院

教务处制

实验教案

实验项目名称文丘里及孔板流量计流量系数的测定方法

实验

学时

4

□独立设课

□非独立设

课

实验课类别 1.基础□ 2.专业基础□ 3.专业□ 4.其它□

任课教师吴国洋职称副教授

授课对象2008级冶金工程钢铁、有色方向班□本科□专科

教材和主要参考资

料1、自编实验指导书；

2、哈尔滨东光教学实验设备有限公司，流体力学综合试验台实验指导书；

3、网上相关资料。

教学目的和教学要求教学目的：

通过本实验可以让学生理解传输原理中的伯努利方程在实验中的应用，强化学生对文丘里流量计及孔板流量计的理解和掌握。

教学要求：

1、测定文丘里流量计流量系数。

2、测定孔板流量计的流量系数。

教学内容提要

文丘里流量计和孔板流量计都属于节流式流量计，即在管流中接入文丘里管或安装一块孔板，强制地改变局部地方的管流速度和压强，测量其压差就可以计算管道流量。

文丘里流量计由收缩段、喉部、扩散段组成（参见图2），其收缩角为20～250，折角处应圆滑，尽量接近流线型，喉部是文丘里流量计的断面最小的部位，此处的流线曲率半径相当大，流动可视为缓变流，扩散角一般为5～150。

孔板流量计是一块外径与管道内径相同的孔板（参见图3），孔板上开设一个内孔，该内孔迫使过流断面突然变小，流速变大，压强降低。

文丘里管和孔板都是测量流量的仪器，在使用之前，要预先测量它的流量系数，称为流量计的标定。

为了计算管道的流量，在管道中安装一个文丘里流量计，对于图1、2所示的断面，应用伯努利方程，则有

g

v

g

p

z

g

v

g

p

z

2

2

2

2

2

2

2

2

1

1

1

1

α

ρ

α

ρ

+

+

=

+

+（1）

式中：

1

z、

2

z---分别为测压管1、2的位置水头，单位：m，本实验

1

z=

2

z；

g

p

ρ

1、

g

p

ρ

2---分别为测压管1、2的压力水头，其值可用

1

h、

2

h的读数表示，单位：m；

1

α、

2

α---动能修正系数，其值约等于1；

1

v、

2

v---测压管1、2断面处液体的速度；

利用连续性方程

2

2

1

1

A

v

A

v=，上式可转化为

4

12212)

/(1/)(2d d p p v --=

ρ

（2） 利用测压管直接测量压差，则有)(2121h h g p p -=-ρ，于是 4

12212)/(1)

(2d d h h g v --=

（3）

速度与截面积相乘就可以计算流量，上面的计算中，没有考虑粘性的影响，因此，流量的表达式可修正为

412212222)/(1)

(24d d h h g d v A Q --==πμμ （4）

式中，μ称为文丘里管的流量系数，工艺精良的文丘里流量计的流量系数μ达0.99以上。

利用孔板装置也可以测量管道的流量，如图3所示，流体受到孔板的节制，在孔板的下游形成一股射流，图中的断面4是射流喉部，对断面3和断面4应用伯努利方程

g

v g p z g v g p z 2224

442

33334αραρ+

+=++ （5） 利用连续性方程4433A v A v =（3A 为管道面积A ），则得到射流喉部的流速

2

34434)/(1/)(2A A p p v --=

ρ

（6）

喉部的压强不能直接测出，一般用管壁上的静压0p 代替，显然

)(4343h h g p p -=-ρ （7） 射流喉部的速度为

2

34434)

/(1)

(2A A h h g v --=

（8） 流量44v A Q =

引入流量系数，有

)(2430h h g A Q -=μ （9） 式中0A 为孔口面积。

显示，流量系数μ的取值除了受到粘性的影响之外，也还取决于孔口面积与管道面积的比值A A /0。

标定文丘里或孔板流量计的流量系数μ的方法是：用体积法测出流量Q ,读取测压管的液柱高度，利用式（4）或式（9）确定μ值。

教学重点和 教学难点 教学重点：文丘里流量计及孔板流量计流量系数的计算； 教学难点：文丘里流量计及孔板流量计流量系数的计算。