文丘里流量计实验
一、实验目的要求
１．通过测定流量系数，掌握文丘里流量计量测管道流量的技术和应用气—水多管压差计量测压差的技术；
２．通过实验与量纲分析，了解应用量纲分析与实验结合研究水力学问题的途径，进而掌握文丘里流量计的水力特性。
文丘里流量计实验装置图
1. 自循环供水器
2. 实验台
3. 可控硅无级调速器
4. 恒压水箱
5. 溢流板
6. 稳水孔板
7. 文
丘里实验管段8. 测压计气阀9. 测压计10. 滑尺11. 多管压差计
二、实验原理
根据能量方程式和连续性方程式，可得不计阻力作用时的文氏管过水能力关系式
式中：
为两断面测压管水头差。
由于阻力的存在，实际通过的流量
恒小于。
今引入一无量纲系数
（μ称为
流量系数），对计算所得的流量值进行修正。
即
另，由水静力学基本方程可得气—水多管压差计的为
三、实验方法与步骤
１．测记各有关常数。
２．打开电源开关，全关阀12，检核测管液面读数h 1－h 2＋h 3－h 4是否为０，不为０时，需查出原因并予以排除。
３．全开调节阀12检查各测管液面是否都处在滑尺读数范围内？否则，按下列步序调节：拧开气阀８，将清水注入测管２、３，待h 2＝h 3≈24ｃｍ，打开电源开关充水，待连通管无气泡，渐关阀12，并调开关３至h 1＝h 2≈28.5ｃｍ，即速拧紧气阀８。
４．全开调节阀门，待水流稳定后，读取各测压管的液面读数h 1、h 2、h 3、h 4，并用秒表、量筒测定流量。
５．逐次关小调节阀，改变流量７～９次，重复步骤４，注意调节阀门应缓慢。
６．把测量值记录在实验表格内，并进行有关计算。
７．如测管内液面波动时，应取时均值。
８．实验结束，需按步骤２校核压差计是否回零。
四、实验分析与讨论
问题一.本实验中，影响文丘里管流量系数大小的因素有哪些？哪个因素最敏感？对d2=0.7cm的管道而言，若因加工精度影响，误将（－0. 01）cm值取代上述值时，本实验在最大流量下的μ值将变为多少？
参考答案:
由式得
可见本实验（水为流体）的μ值大小与、、、有关。
其中、影响最敏感。
本实验中若文氏管，通常在切削加工中比测量方便，容易掌握好精度，不易测量准确，从而不可避免的要引起实验误差。
例如当最大流量时μ值为0. 976，若的误差为－0. 01cm，那么μ值将变为1. 006，显然不合理。
问题二.为什么计算流量与实际流量不相等？
参考答案:
因为计算流量是在不考虑水头损失情况下，即按理想液体推导的，而实际流体存在粘性必引起阻力损失，从而减小过流能力，Q < ，即μ< 1. 0。
问题三.试证气—水多管压差计（图6. 4）有下列关系：
参考答案:
如图6. 4所述，，
问题四.试应用量纲分析法，阐明文丘里流量计的水力特性。
参考答案:
运用量纲分析法得到文丘里流量计的流量表达式，然后结合实验成果，便可进一步搞清流量计的量测特性。
对于平置文丘里管，影响的因素有：文氏管进口直径，喉径、流体的密度、动力粘滞系数μ及两个断面间的压强差。
根据定理有
从中选取三个基本量，分别为：
共有6个物理量，有3个基本物理量，可得3个无量纲数，分别为：
根据量纲和谐原理，的量纲式为
分别有
联解得：，则
同理
将各值代入式（1）得无量纲方程为
或写成
进而可得流量表达式为
（2）
式（2）与不计损失时理论推导得到的
（3）
相似。
为计及损失对过流量的影响，实际流量在式（3）中引入流量系数计算，变为
（4）
比较（2）、（4）两式可知，流量系数与一定有关，又因为式（4）中的函数关系并不一定代表了式（2）中函数所应有的关系，故应通过实验搞清与、的相关性。
通过以上分析，明确了对文丘里流量计流量系数的研究途径，只要搞清它与及的关系就行了。
由实验所得在紊流过渡区的～关系曲线（为常数），可知随的增大而增大，因恒有μ< 1，故若使实验的增大，将渐趋向于某一小于1的常数。
另外，根据已有的很多实验资料分析，与也有关，不同的值，可以得到不同的～关系曲线，文丘里管通常使= 2。
所以实用上，对特定的文丘里管均需实验率定～的关系，或者查用相同管径比时的经验曲线。
还有实用上较适宜于被测管道中的雷诺数> 2×105，使值接近于常数0. 98。
流量系数的上述关系，也正反映了文丘里流量计的水力特性。
问题五.文氏管喉颈处容易产生真空，允许最大真空度为6～7m。
工程中应用文氏管时，应检验其最大真空度是否在允许范围内。
据你的实验成果，分析本实验流量计喉颈最大真空值为多少？
参考答案：
本实验若= 1. 4cm，= 0. 71cm，以管轴线高程为基准面，以水箱液面和喉道断面分别为1—1和2—2计算断面，立能量方程得
则
即实验中最大流量时，文丘里管喉颈处真空度，而由本实验实测为60. 5cm。
进一步分析可知，若水箱水位高于管轴线4m左右时，实验中文丘里喉颈处的真空度可达7m（参考能量方程实验解答六—4）。