第三节 文丘里流量计率定实验

一、实验目的和要求

（1）了解文丘里流量计的构造、原理及使用方法。

（2）利用量测到的文丘里管收缩前后两断面1-1和断面2-2的测压管水头差Δh。根据理论公式计算管道流量，并与实测流量进行比较，从而对理论流量做出修正，得到文丘里流量计的流量系数μ。

（3）绘制流量和压差的关系曲线Q-ΔH。

二、实验原理

（1）文丘里流量计是一种测量管道流量的仪器，属压差式流量计。它由收缩段、喉管、扩散段三部分组成。安装在需要测定流量的管道上。入口圆锥管段α₁=21°±1°，出口圆锥管段α₂=7°～15°。喉道长度与喉道直径相同。在喉道部和上游收缩段前D/2的圆管段设测压孔。

图2-3-1 文丘里流量计结构图

在收缩段进口断面1-1和喉道断面2-2上设测压孔，并接上比压计。通过量测两个断面的测压管水头差Δh，就可以计算出管道的理论流量Q_理论，再经修正就可得到实际流量Q_实际。结构如图2-3-1所示。

（2）当流体通过文丘里管时，由于收缩段前后断面不同而产生压差。通过的流量不同，其压差的大小也不同。因此，可以根据压差的大小来计算流量。对图2-3-1中的文丘里流量计收缩前1-1断面和收缩后2-2断面列能量方程（不计损失，α₁=α₂=1.0）。

两断面测压管水头差为

式中：z₁、z₂、p₁/ρg、p₂/ρg、分别为断面11和断面22的位置水头、压强水头和流速水头；Δh为断面11和断面22的测压管水头差。

由恒定总流连续性方程 v₁A₁=v₂A₂

式中：A₁、A₂分别为管道和文丘里流量计喉道断面的面积；d₁、d₂分别为文丘里流量计管道和喉道断面的直径。

将式（2-3-3）代入式（2-3-2）解得

得到理论流量为

考虑到实际液体总会有能量损失的存在，通过的实际流量Q_实际＜Q_理论。引入流量系数μ对计算所得的理论流量值进行修正。其中μ＜1.0。

即在式上必须乘上流量系数μ，得到实际液体流量公式

一般μ=0.92-0.99。

三、实验设备

为了保证恒定的实验水头和提高实验精度，水力学实验室常采用水流自循环恒定管道系统。它利用水泵将储水箱中的水抽至实验用水箱，实验用水箱中设置溢流槽以保证水头恒定；通过供水管路供水至实验设备，实验后水经量水箱和回水管路流回储水箱。如图2-3-2所示。自循环恒定管道系统主要由动力抽水设备即水泵、储水箱、实验用水箱、供水管路、量水箱和回水管路等六部分组成。

图2-3-2 文丘里管流量计实验仪

在自循环恒定管道上串联文丘里流量计。分别在文丘里流量计的收缩段进口断面和喉道断面上设测压孔，并接上测压管，用于量测断面的测压管水头差。

四、实验步骤

（1）启动水泵，打开进水开关，给水箱充水，并保持溢流状态，使水位恒定。

（2）检查下游阀门全关时，测压管水面是否处于同一水平面上，如不平，则需排气调平。

（3）实验要求改变几次流量，由大流量到小流量。先开启尾阀，使测压管上出现最大的压差，待水流恒定后，再进行量测，并将数据记录到表中相应位置。

（4）依次减小流量，待水流稳定后，按序记录数据。

（5）现实验设备配备了计算机数字采集系统，可直接在计算机上读出流量Q和测压管水头差Δh。

五、实验数据记录

仪器编号：____

有关常数：量水箱断面积A=____cm²，管径d₁=____cm，管径d₂=____cm

六、实验数据处理及结果

七、注意事项

（1）测量压差、控制尾阀、测量流量的同学需要相互配合。

（2）实验时必须在水流稳定后方可读取数据。

八、思考题

（1）文丘里流量计的轴线可否非水平放置？为什么？

（2）安装文丘里管时，如果将上下游倒置，对结果会有什么影响？

（3）假如通过文丘里流量计的流体是理想液体，当流量不变时，压差Δh比通过实际液体时的压差大了还是小了？

（4）如果比压计中的液体密度为已知ρ_液（ρ_液≠ρ_水），怎样把实测的比压计压差值Δh_液换算成为相应于水柱的测管水头差Δh_水？

九、讨论分析题

（1）在该实验中，不断改变实验流量，通过率定得到的文丘里管的流量系数会随流量的改变发生怎样的变化？试通过雷诺数的概念进行分析。

（2）在通过文丘里管计量管中理论流量时，忽略了文丘里管中的水头损失，如果考虑该损失应如何分析？考虑该损失后，计算出的Q′_理与Q_理相比是大了还是小了？