第四节 孔板流量计流量系数实验

一、实验目的和要求

（1）了解孔板流量计的构造、测流原理和使用方法。

（2）掌握孔板流量计流量系数的测定方法。

二、实验原理

孔板流量计与文丘里流量计一样，也是一种管道流量测量仪器。它由上下游管道、孔板三部分组成。孔板是一块中间有圆孔的薄板，圆孔的直径比管径小，如图2-4-1所示。孔板流量计的水流流态如图2-4-2所示，由图中可以看出，在孔板截面前液体已开始收缩，流经孔板后液体并不立即扩散而是继续收缩，流经一小段距离后才开始扩散，最后扩散到整个管道截面。由于液流在孔板前后变化较大，因而在孔板前后产生涡流区和较大的压差。

图2-4-1 孔板流量计的构造

图2-4-2 孔板流量计的水流流态

对孔板流量计如图2-4-3所示，在孔板前后断面1-1、断面2-2设静压孔，测量这两个断面的测压管水头差Δh，可求得管道的理论流量，再经修正得到实际流量。

设管道的面积为A₁，水流流速为v₁，孔口的面积为A，流速为v，孔口后收缩断面2-2的面积为A₂，此处的流速为v₂。取孔板前液体尚未受到孔板影响的断面1-1和孔板后水流的收缩断面2-2列能量方程，暂不考虑水头损失（不计损失，α₁=α₂=1.0）。

图2-4-3 孔板流量计原理图

断面1-1与断面2-2的测压管水头差为

式中：ε为断面收缩系数，ε=A₂/A。

引入流量系数μ后实际流量为

三、实验设备

孔板流量计的实验装置与仪器如图2-4-4所示。实验装置为供水箱、水泵、上下管、进水阀、出水阀、接水槽。在实验管道上串联文丘里、孔板流量计，分别在文丘里流量计收缩段前后断面，孔板流量计孔板的前后断面开设测压孔，接测压管测量压差Δh，流量由体积法测得。

图2-4-4 文丘里、孔板流量计实验仪

孔板流量计的管道条件为上游直管段长度L₁≥10D，下游直管段L₂≥4D，除此之外，如果孔板流量计所在的管道上装有其他局部阻力件，这些局部阻力件距孔板流量计的距离也有一定的要求。孔板流量计的优点是构造简单，制作方便，缺点是阻力及水头损失较大。

四、实验步骤

（1）熟悉管道水流实验装置和流体构件的组成。

（2）打开水泵和实验装置固定部分的进水阀门和出水阀门，使管中充满水，将管道中的空气排出。

（3）关闭出水阀门，打开测压排上的排气阀门，将测压管中的空气排出，并检查空气是否排完。

（4）打开出水阀门，关闭进水阀门，将排气管提起，在测压排上选择一适当的测压管水位高度，这时观测测压管水面应在同一个高度上。

（5）这时打开进水阀门，待水流稳定后，读出测压排上各测点测压管水头值。

（6）用体积法测出管道中的流量。调节进水阀，使流量逐渐减小或增大。

五、实验数据记录

仪器编号：____

有关常数：孔板直径d=____cm，管道管径d₁=____cm

六、实验数据处理及结果

七、注意事项

（1）每次改变流量，必须在水流稳定后方可测读数据，否则影响测量精度。

（2）每次用体积法测流量，量筒里的水要倒进接水槽，以免循环用水不够。

八、思考题

（1）孔板流量计的实际流量与理论流量为什么会有差别，这些差别是由哪些因素造成的？

（2）孔板流量计的流量系数为什么小于1.0？

九、讨论分析题

孔板流量计的流量系数是否与雷诺数有关？通常给出一个固定的流量计流量系数应该怎样解释？