毕托管测速实验.doc

四）毕托管测速实验
一、实验目的和要求
1.通过对管嘴淹没出流点流速及点流速系数的测量，掌握用毕托管测量点流速的技能；
2.了解普朗特型毕托管的构造和适用性，并检验其量测精度，进一步明确传统流体力学量测仪器的现实作用。
二、实验装置
本实验的装置如图4.1所示。

图4.1毕托管实验装置图
1.自循环供水器；2.实验台；3.可控硅无级调速器；4.水位调节阀；5.恒压水箱；6.管嘴
7.毕托管；8.尾水箱与导轨；9.测压管；10.测压计；11.滑动测量尺（滑尺）；12.上回水管。

说 明：
经淹没管嘴6，将高低水箱水位差的位能转换成动能，并用毕托管测出其点流速值。测压计10的测压管1、2用以测量低水箱位置水头，测压管3、4用以测量毕托管的全压水头和静压水头，水位调节阀4用以改变测点的流速大小。

图 4.2 毕托管结构示意图
三、实验原理

图4.3 毕托管测速原理图

（4.1）
式中：——毕托管测点处的点流速；
——毕托管的校正系数；
——毕托管全压水头与静水压头差。
（4.2）
联解上两式可得 （4.3）
式中：——测点处流速，由毕托管测定；
——测点流速系数；
——管嘴的作用水头。
四、实验方法与步骤
1、准备 熟悉实验装置各部分名称、作用性能，搞清构造特征、实验原理。用医塑管将上、下游水箱的测点分别与测压计中的测管1、2相连通。将毕托管对准管嘴，距离管嘴出口处约2~3cm，上紧固定螺丝。
2、开启水泵 顺时针打开调速器开关3，将流量调节到最大。
3、排气 待上、下游溢流后，用吸气球（如医用洗耳球）放在测压管口部抽吸，排除毕托管及各连通管中的气体，用静水匣罩住毕托管，可检查测压计液面是否齐平，液面不齐平可能是空气没有排尽，必须重新排气。
4、测记各有关常数和实验参数，填入实验表格。
5、改变流速 操作调节阀4并相应调节调速器3，使溢流量适中，共可获得三个不同恒定水位与相应的不同流速。改变流速后，按上述方法重复测量。
6、完成下述实验项目：
（1）分别沿垂向和沿流向改变测点的位置，观察管嘴淹没射流的流速分布；
（2）在有压管道测量中，管道直径相对毕托管的直径在6~10倍以内时，误差在2~5%以上，不宜使用。试将毕托管头部伸入到管嘴中，予以验证。
7、实验结束时，按上述3的方法检查毕托管比压计是否齐平。
五、实验结果及要求
实验装置台号NO.

校正系数c=1.0, k=44.27 cm0.5/s

实验记录表格
实验次数
上、下游水位计
毕托管测压计
测点流速

(cm/s)
测点流速
系数

h1
(cm)
h2
(cm)
DH
(cm)
h3
(cm)
h4
(cm)
Dh
(cm)
1
36.4
15.4
21
14.25
36.5
21.25
204.1

1.006
2
36.4
15.2
21.2
14.3
37
22.7
210.9
1.035
3
36.4
15.2
21.2
14.3
36.9
22.6
210.5
1.032
4
36.4
15.2
21.2
14.3
36.8
22.5
210.0
1.030
5
36.4
15.2
21.2
14.3
36.7
22.4
209.5
1.028
6
36.4
15.2
21.2
14.3
36.5
22.2
208.6
1.023
7
36.4
15.2
21.2
14.3
36.5
22.2
208.6
1.023
8
36.4
15.2
21.2
14.3
36.5
22.2
208.6
1.023
9
36.4
15.2
21.2
14.3
36.5
22.2
208.6
1.023
画出管嘴淹没射流速度分布如图：

有图可看出，成抛物线分布，结果准确。

六、实验分析与讨论
1. 利用测压管测量点压强时，为什么要排气？怎样检验排净与否？
毕托管、测压管及其连通管只有充满被测液体，即满足连续条件，才有可能测得真值， 否则如果其中夹有气柱， 就会使测压失真， 从而造成误差。 误差值与气柱高度和其位置有关。
对于非堵塞性气泡，虽不产生误差，但若不排除，实验过程中很可能变成堵塞性气柱而影响 量测精度。 检验的方法是毕托管置于静水中， 检查分别与毕托管全压孔及静压孔相连通的两根测压 管液面是否齐平。如果气体已排净，不管怎样抖动塑料连通管，两测管液面恒齐平。

2. 毕托管的压头差Δh和管嘴上下游水位差ΔH 之间的大小关系怎样？为什么？
Δh大于ΔH，本实验在管嘴淹没出流的轴心处测得过程中有能量损失，但甚微。
3. 所测的流速系数ϕ′说明了什么？
实验存在一定的误差，但误差很小。
4. 据激光测速仪检测，距孔口2-3 cm轴心处，其点流速系数ϕ′为0.996，试问本实验的毕托管精度如何？如何确定毕托管的矫正系数c ？
若以激光测速仪测得的流速为真值 u，则有ϕ′为 0.996， 而毕托管测得的该点流速为 208.6cm/s，精度还行，则 欲率定毕托管的修正系数，则可令C=0.996/1.023=0.97。

5. 普朗特毕托管的测速范围为0.2-2m/ s，流速过小过大都不宜采用，为什么？另测速时要求探头对正水流方向(轴向安装偏差不大于10 度)，试说明其原因（低流速可用倾斜压差计）。
1）施测流速过大过小都会引起较大的实测误差， 当流速大于 2m/s 时，由于水流流经毕托管头部时会出现局部分离现象，从而使静压 孔测得的压强偏低而造成误差。 （2）同样，若毕托管安装偏差角（ 流速 u 是实际流速 u 在其轴向的分速 ）过大，亦会引起较大的误差。

6. 为什么在光、声、电技术高度发展的今天，仍然常用毕托管这一传统的流体测速仪器？
毕托管测速原理是能量守恒定律，容易理解。而毕托管经长期应用，不断改进，已十分 完善 。具有结构简单，使用方便，测量精度高，稳定性好等优点。因而被广泛应用于液、 气流的测量（其测量气体的流速可达 60m/s） 。 光、声、电的测速技术及其相关仪器，虽具有瞬时性，灵敏、精度高以及自动化记录等 诸多优点，有些优点毕托管是无法达到的。但往往因其机构复杂，使用约束条件多及价格昂 贵等因素，从而在应用上受到限制。尤其是传感器与电器在信号接收与放大处理过程中，有 否失真，或者随使用时间的长短，环境温度的改变是否飘移等，难以直观判断。致使可靠度 难以把握， 因而所有光、 电测速仪器， 声、 包括激光测速仪都不得不用专门装置定期率定 （有 时是利用毕托管作率定） 。 可以认为至今毕托管测速仍然是最可信，最经济可靠而简便的测速方法。