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目的要求
⑴通过本次实验,掌握基本的测速工具(毕托管)的性能和使用方法。
⑵绘制各垂线上的流速分布图,点绘断面上的等流分布曲线,以加深对明槽水流流速分布的认识。
⑶根据实测的流速分布图,计算断面上的平均流速v和流量Q测,并与实验流量Q实相比较。
仪器设备
毕托管、比压计以及水槽
实验原理
毕托管是由两根同心圆的小管所组成。A管通头部顶端小孔,B管与离头部顶端为3d的断面上的环形孔相通。环形孔与毕托管的圆柱表面垂直,因此它所测得的是水流的势能。而A管却正对流向,它所测得的是包括水流动能在内的全部机械能,在测压牌上所反映的水面差:即测点的流速水头。
为了提高量测的精度,将比压计斜放成α角,若两测压管水面之间的读数差为,则有=sinα,从而可以求得测点的流速表达式:
式中:C为流速修正系数,对不同结构的毕托管,其值由率定得之。
本实验使用的毕托管,经率定C=1。
垂线流速分布图的画法,垂线平均流速的计算
将所得的同一垂线各点流速,按选定的比例尺画在坐标纸上。槽底的流速为零,水面的流速矢端为水面以下各点流速矢端向上顺延与水面相交的那一点。由水深线及各点流速矢端所围成的矢量图,即垂线流速分布图。显然,流速分布图的面积除以水深h,就是垂线的平均流速。
垂线平均流速
式中:为垂线平均流速,cm/s:为垂线流速分布图的面积,㎝2:h为水深,㎝。
断面平均流速
式中:v为断面平均流速,㎝3∕s;为第i根垂线上的平均流速,㎝∕s;n为垂线个数。
流量的计算
实测的流量Q测
式中:Q测为实测流量,㎝3∕s;v为断面平均流速,㎝∕s;A为过水断面面积,㎝2。
实验流量从电磁流量计中读出。
方法步骤
⑴打开水槽的进水阀门,调节尾门,将水深控制在20cm左右。
⑵用测针测得水深h。垂线布置6个测点。毕托管最高点宜在水面以下2cm,最低点为毕托管的半径(),其余各点均布其中。
⑶按所托布置的垂线及测点位置逐步进行测量。例如:把毕托管首先放在垂线上,即毕托管中心到槽边壁的距离B
∕10cm。接着把毕托管放到槽底,同时测读固定毕托管测杆标尺上的读数,捎带稳定后,再测读比压计上的读数A\B,这就完成了第一个测点的工作。然后将毕托管依次提升,。其他各点测量方法如上述步骤,并把各个测点相应的距离和高度记录在表中。
⑷将测得的数据进行分析、整理,并采用坐标纸按一定的比例点绘。
点绘垂线上的流速分布图
⑸分析比较实测流量与实验流量有何差别。
注意事项
⑴测速之前,首先要对毕托管、比压计进行排气。排气方法:从比压计三通管注入有一定压力的水流,使水和空气由毕托管喷出,冲水约3min左右将毕托管浸入防气盒静水中。然后打开三通管,在大气压强作用下比压计测管中的水面下降,待降到便于测读的位置时,用止水夹夹紧三通管。此时比压计两侧管中的水面应该平齐,否则要重新充水排气,直至两管水面平齐后方能进行测速工作。
⑵实验过程中,为防止进气,毕托管不得露出水面。实验结束后,将毕托管放入防气盒静水中,检查是否进气,若比压计两管水面不平,说明所测数据有误差,应重新充水排气,重新施测。
⑶毕托管嘴必须正对流向。
⑷测读时,视线应垂直于比压计的倾斜面,读取弯液面的最低点读数,当测管中的水面上下脉动时,读取平均值。
量测与计算
⑴已知数据。
由电磁流量计中读出流量。
水槽宽度B=0cm;毕托管直径d=;比压计倾斜角α=30°;重力加速度g=980cm/s2
⑵实测数据与计算
槽底测针数据读数____cm;测针尖接触水面时的读数____cm;测针量得水深h=____cm。
思考题
⑴毕托管、比压计排气不净,为什么会影响量测精度?
答:毕托管、测压管及连通管只有充满被侧液体,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,实验过程中很有可能变成堵塞性气柱而影响测量精度。
⑵为什么必须将毕托管正对来流方向?如何判断毕托管是否正对了流向?
答:因为毕托管测流速是将来流的动能全部转化成为势能,因此必须将毕托管正对来流方向。转动毕托管,当两液柱高度差最大时的位置,就可判断毕托管已经正对了流向。
⑶比压计安放位置的高低,是否影响量测数据?为什么?
答:不影响。因为比压计测量的是两个位置的压强差,而与安放高度无关,所以,比压计安放高度的高低,不影响测得的压强数据。
垂线流速分布测定表
垂线
编号
测点
编号
毕托管读数(cm)
测点到槽底高度(cm)
斜比压计读数
测点流速
U(cm/s)
垂线平均流速(cm/s)
中垂线
L=B/2
1
2
3
4
5
6
水面