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20102011 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20250，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5150。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 （1）式中：、-分别为测压管1、2的位置水头，单位：m，本实验=； 、-分别为测压管1、2的压力水头，其值可用、的读数表示，单位：m； 、-动能修正系数，其值约等于1； 、-测压管1、2断面处液体的速度；利用连续性方程，上式可转化为 （2）利用测压管直接测量压差，则有，于是 （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 （4）式中，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 （5）利用连续性方程（为管道面积A），则得到射流喉部的流速 （6）喉部的压强不能直接测出，一般用管壁上的静压代替，显然 （7）射流喉部的速度为 （8）流量引入流量系数，有 （9）式中为孔口面积。显示，流量系数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。标定文丘里或孔板流量计的流量系数的方法是：用体积法测出流量,读取测压管的液柱高度，利用式（4）或式（9）确定值。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。需要特别注意的问题1、由于实验室内设备较多，不要乱动或私自拆卸；2、测量中不要把部件弄掉。3、在水流稳定时读数；4、管内空气必须排干净。教学环节时间安排理论讲解安全教育演示学生操作实验结果签字作业布置结束语30分钟10分钟20分钟125分钟 5分钟5分钟5分钟教学进程安排课次周次节次组别人数累计学时备 注15（一）5、6、7、8142008级冶金工程有色方向班25（三）5、6、7、8242008级冶金工程有色方向班35（五）5、6、7、8342008级冶金工程有色方向班46（一）5、6、7、8442008级冶金工程有色方向班56（三）5、6、7、8542008级冶金工程有色方向班67（二）7、8、9、10142008级冶金工程钢铁方向班78（二）7、8、9、10242008级冶金工程钢铁方向班89（二）7、8、9、10342008级冶金工程钢铁方向班910（二）7、8、9、10442008级冶金工程钢铁方向班1011（二）7、8、9、10542008级冶金工程钢铁方向班1112（二）7、8、9、10642008级冶金工程钢铁方向班实 验 教 案课题(项目)名称:文丘里及孔板流量计流量系数的测定方法计划学时: 4学时 实验项目类型: 1.演示性 2.验证性 3.综合性 4.设计性 5.其它文丘里及孔板流量计流量系数的测定方法一、实验目的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。二、实验装置图1 文丘里、孔板实验原理图图1是文丘里管、孔板流量计实验原理图，测压管1、2用于测量文丘里流量计的压差，测压管3、4用于测量孔板流量计的压差。图2 文丘里流量计图3 孔板流量计二、实验原理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20250，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5150。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 （1）式中：、-分别为测压管1、2的位置水头，单位：m，本实验=； 、-分别为测压管1、2的压力水头，其值可用、的读数表示，单位：m； 、-动能修正系数，其值约等于1； 、-测压管1、2断面处液体的速度；利用连续性方程，上式可转化为 （2）利用测压管直接测量压差，则有，于是 （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 （4）式中，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 （5）利用连续性方程（为管道面积A），则得到射流喉部的流速 （6）喉部的压强不能直接测出，一般用管壁上的静压代替，显然 （7）射流喉部的速度为 （8）流量引入流量系数，有 （9）式中为孔口面积。显示，流量系数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。标定文丘里或孔板流量计的流量系数的方法是：用体积法测出流量,读取测压管的液柱高度，利用式（4）或式（9）确定值。三、实验步骤1、排除测压管的气体启动水泵，向水箱充水，关闭尾阀，此时管1、2、3、4的液面应该平齐。如果不能平齐，则在测压管内存在气泡，应设法将其排除。2、调节尾阀，依次增大流量，记录各测压管的液柱高度。改变流量时，要等待35分钟，水流稳定后方可读数。文丘里和孔板流量的流量系数测定可同时进行，通水后，调节流量，进行测压和流量的计算，将测试的数据填入表中。液体总量Q0为1000毫升。表1 文丘里与孔板压力表测量值及其压差值 项目序号（cm）（cm）（cm）（cm）（cm）（cm）123456表2 文丘里与孔板流量计计时时间、理论流量、实际流量及流量系数的计算值 项目序号计时时间t（s）实际流量（m/s）理论流量（m/s）文丘里流量计流量系数孔板流量计流量系数123456文丘里管： d2 = mm d1 = mm孔板流量计：d2 = mm d1 = mm流量系数： =/四、注意事项1、实验前应认真听实验指导老师的讲解；2、实验过程中应严格按仪器的操作规程来进行，不许违规操作；3、实验后应认真整理实验室，以保持实验室整洁。五、实验报告要求1、实验名称、学生姓名、班号、学号、组别和实验日期； 2、实验目的和要求； 3、实验仪器、设备； 4、实验原理（含设备的构造）；5、实验步骤；6、注意事项； 7、实验原始记录；8、实验结果的整理与分析。数据的整理与分析包括：数据测量，数据分析及误差分析。六、考核形式（1）本实验考核方式：考查。（2）成绩评定方法内容包括：1）预习情况（20）。2）基本操作（40）。3）实验作风（包括安全卫生、仪器破损、实验室规则遵守情况等）（10）。4）实验报告（包括报告的完整性、图表的规范性、书写工整、实验数据和数据处理、结论正确等）（25）。5）创新意识（5）。七、思考题1、文丘里及孔板流量计的作用是什么？2、该试验成功的关键是什么？后记：表1 文丘里与孔板压力表测量值及其压差值 项目序号（cm）（cm）（cm）（cm）（cm）（cm）123456表2 文丘里与孔板流量计计时时间、理论流量、实际流量及流量系数的计算值 项目序号计时时间t（s）实际流量（m/s）理论流量（m/s）文丘里流量计流量系数孔板流量计流量系数123456第 页