测定流体流速的一种简易方法.pdf

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1、文章编号：1007-282（92001）02-0021-04测定流体流速的一种简易方法张艳侠1，刘福东2，李文辉3（1.遵化建龙钢铁总厂，河北遵化064200；2.程家沟铁矿，河北遵化064200；3.河北理工学院数理系，河北唐山063009）关键词：伯努利方程；连续流体；微元流束；比位能；比压能；比动能；粘性系数摘要：介绍了一种应用广泛操作简单的测定流体流速的简易仪器，并应用有关流体力学知识加以理论推导与论证。中图分类号：TH814+.1文献标识码：A0引言在工农业生产和日常生活中，经常需要测定流体流速，当

2、然，我们可以在管道中安装流量计，但是，测定不同直径的管道需要不同规格的流量计，能不能找到一种能测量不同直径管道而安装较为方便的测量仪器呢？为此，笔者试制了一种简易测量仪器。1仪器的制作!"!所用器材U型压力计（0~300mm）；固定架；加工较为精细的铜管两根（长300mm）；透明光滑胶管两根；空心螺栓两个（M16>15）；固定卡若干；软胶塞两个。!"#制作过程首先将U型压力计用固定卡固定在固定架上，然后向U型管内加入150mm水银；将一铜管一端弯成90，长为20~30mm即可；把空心螺栓分别套在两根铜管上，用

3、两个胶塞稳定（不必太紧，应能让铜管上下移动为好）；最后，将两根透明胶管一端与U型管连接，另一端与铜管连接。这样就可以制成一简易的测定流体流速的测速仪（如图1所示）。2操作过程及注意事项#"!操作过程将被测管路用气割掏两个孔，分别焊上M16的螺母，然后将带有铜管的螺栓拧紧；用卡尺测出管道直径，将弯成90的弯管插入管道中心（即直径的一半），另一铜管只需稍收稿日期：2000-06-30作者简介：张艳侠（1968-），女，遵化建龙钢铁总厂助理工程师，学士。稍插入管道即可，最后，用胶塞将两根铜管固定（如图1所示）。22

4、河北理工学院学报第23卷l—光滑胶管2—U型压力计3—水银4—固定卡5—固定架6—精细铜管7—软胶塞8—空心螺栓9—管道图!测量流体流速示意图"#"注意事项a）铜管垂直管道放置，90弯头铜管正对水流方向，不能有偏向，在测量时可不断地转动此管，观察U型管内水银面差值为最大时，即是该管正对水流方向。b）所测流体必须是连续的。c）两个孔的孔距不超过300mm。c）本仪器所测水的最大流速为5.5m/S。e）当流体流速估计

5、体流速。3工作原理$#!如图"所示，对于无粘性液体，微元流束由位置l流到位置2时，各项能量可能发生变化或相对转化，但总能量保持不变，即符合伯努利方程：22pl1lp212Zl++=Z2++，（l）r2gr2g式中：Zl、Z2———质点所具有的坐标高度，称为比位能；plp2、———质点承受压强Pl、P2所具有的压强高度，称为比压能；rr221l12、———单位重量流体流经定点的动能，称为比动能。2g2g由于l、2两点很近，Zl=Z2，1l=1max，当以速度1l流入L2管中达到一定高度时，不2（gpl-p2）再

6、流动，动能便形成压强而出现压强高度，因而12=0，代入（l）式，得1l=又!r液第2期张艳侠，刘福东，李文辉：测定流体流速的一种简易方法232gr液!h因p1-p2=r液!h，故U1=。!r液因此可以看出，只要测出!h，便可知Umax。图!测量原理示意图"#!应用此仪器进行理论计算时，由于U型管内为水银，因而U1=!27.2g!gh，又因为U1=Umax，而计算流量时用平均流速U与横截面积的乘积，同时还要考虑到流体具有粘性，弯管加工精度等方面的原因，故流量O为：22!D!DO=K'"!27.2g!ghX=K!

7、!h44U其中：K'—平均流速系数，K'=，一般为0.80~0.85；Umax1"—修正系数，"=，"为粘性系数；!1+"K—为综合系数；D—管道直径。因而，测定!h、管道直径D后，便可计算流速、流量。4K值的测定由以上推导可知，关键是K值确定，不同仪器由于加工精度不同，K值有所不同。为此，笔者用此仪器对安装流量计的不同2寸铸铁水管进行测试，记录如表1所示。绘制U与!!h图象，以U为纵坐标，!!h为横坐标，图象如图3所示。由图3可以看出：U与!!h近似成线性关系，6组数据点分布在线性直线两侧，在OAU4上任取

8、一点B，并作与U轴、!!h轴平行的平行线，K===10。-1!!h4X10这样，综合系数K=10，U=10!!h，O=#D2U，由此便解决了本文所提出的问题。424河北理工学院学报第23卷表1测量记录表项据流量计半小时目!"（读三次取数的流量算出流速!!"（m）次据平均值）mm数（!m/s）-110.573.60.6>10-121.214.51.21>10-132.1747.72.18>1042.7