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1、生物工程单元操作实验报告流量计的流量校验1流量计的流量校验1、实验目的（1）熟悉孔板流量计的构造、性能与使用方法。（2）测定孔板流量计与差压计读数之间的关系，计算流量系数，测绘 C0-Re 关系图；测定孔板流量计的阻力。2、实验原理常用的流量计大都按标准规范制造，厂家为用户提供流量曲线表或按规定的流量计算公式给出指定的流量系数。如果用户遗失出厂流量曲线表或在使用时所处温度、压强、介质性质同标定时不同，为了测量准确和使用方便，都必须对流量计进行标定。即使已校正过的流量计，由于长时间使用磨损较大时，也应再次校正。流量计的校正有容积法、称量法和基准流量计法。容积法和重量法都是以通过一定时间间隔内排出
2、的流体体积或重量来实现的。基准流量计法是以一个事先校正过、精度较高的流量计作为比较标准而测定的。孔板流量计的结构是在管道中装有一块孔板，在孔板两侧接出测压管，分别与 U 形差压计连接。孔板流量计是利用流体通过锐孔的节流作用，使流速增大、压强减小，造成孔板前后压强差，作为测量的依据。若管路直径为 d，孔板锐孔直径为 d0，流体流经孔板后所形成缩脉的直径为 d2，流体密度为 ，管道处及缩脉处的速度和压强分别为 u1、u 2 与 P1、P 2，根据柏努利方程可得u21（1）由于缩脉位置因流速而变，其截面积 A2 难以知道，而孔板的面积 A0 是已知的，测压器的位置在设备一旦制成后是不变的。因此用孔板
3、孔径处流速 u0 来代替式（1）中的 u2，又考虑到实际流体因局部阻力所造成的能量损失，故需用系数 C 加以校正。上式就可改写为 Pu2210对于不可压缩流体，根据连续性方程又可得 A01整理后可得200APCu（2）生物工程单元操作实验报告流量计的流量校验2令 2001AC则式（2）可简化为 PCu20根据 u0 和 A0 即可算出流体的体积流量 smgRAVss /30式中：R 为 U 形压差计液柱高度差（m ） ； s 为压差计中指示液的密度（kg/m 3） ；C 0 为孔板流量系数。它由孔板锐孔的形状、测压口位置、孔径与管径比 d0/d1 和雷诺系数 Re 所决定。具体数值由实验测定。
4、当孔板的 d0/d1 一定后，Re 数超过某个数值后，C 0 就接近于定值。转子流量计是根据流体通过转子流量计的环隙所产生的阻力与转子净重相平衡是，转子停留的位置决定流体的流量。其流速与静压差的关系，与通过孔板流量计孔口是的情况是相似的。因此，可仿照孔板流量计的流量公式写出（3）pACVRs2式中，V S 为体积流量（m 3/s）;P 为流体通过转子与玻璃管之间的环隙时的压差（N/m 2）; 为流体的密度（kg/m 3）;A R 为环隙面积（m 2）;C R 为转子流量计的流量系数。式中 P 是不随流量改变而改变，只是与转子的净重量有关，即：PA f=Vf fg-Vfg （4）式中，V f 为
5、转子的体积（m 3） ；A f 为转子的最大截面积（m 2） ； f 为转子密度（kg/m 3）将（4）式代入（3）可得： fRsACVV2式中流量系数 的数值与转子的形状以及流体通过环隙的 Re 数有关。其数值由实验测RC定。3、实验装置本实验装置如下图，由磅秤、计量槽、秒表、供水泵、管道、被测流量计、基准流量计和调节阀门组成。生物工程单元操作实验报告流量计的流量校验31- 磅秤； 2-计量槽；3-液位计；4-储槽；5-水泵；6、7- 压差计；8-孔板流量计；9- 涡轮流量计；10-数字测速计；11-温度计；12- 活络接头本实验物料为水，由水槽、供水泵提供并循环使用。本实验采用涡轮流量计为
6、基准流量计，被校孔板流量计安装于涡轮流量计上游，必须有30-50d 的直管段，下游必须有大于 5-8d 的直管段。管内直径 d1=27mm，孔板流量计孔口直径 d2=18mm，取压方法采用法兰取压法。孔板流量计阻力损失取压点上游离孔板端面 3-5d，下游离孔板 5-8d。压差测定用水银 -水 U 管压差计。涡轮流量计的标定用重量法。计量槽 150L。标定方法为：泵出口阀控制一定开度，维持涡轮流量计流量稳定后，扳动活络接头使水流入计量槽，同时卡秒表及补充储槽液位。待计量槽将满时停止，称重订计算流量，与涡轮流量计读数对照，算出该流量下的流量校正系数。装置采用泵出口阀调节流量，在装置高处设放空阀，以
7、利于管道排气。装置还有温度计，以测定每次实验的水温。空气转子流量计的标定采用 LZB-25、DC-4 型微音器泵、湿式气体流量计、秒表、温度计、压差计。4、实验步骤（1）熟悉实验装置，了解各个阀门的作用。（2）打开 U 型管差压计平衡阀，开泵，管道排气。（3）流量开至最大，逐渐关闭平衡阀，渐开 U 型差压计排气阀，至排气口指示泡无气泡排出为止。U 型压差计另一边照样操作，注意防止差压计水银冲出，动作要缓慢，精力应集中。排完一个差压计中气体后再排完另一个差压计的气体。若停泵之后再打开，则需对差压计重新排气。（4）调节好差压计后，读取并记录零度数：R 10=36.4cm, R20=33.5cm。（
8、5）涡轮流量计数字测速仪读数稳定后，亦即流量稳定后，测试每个参数数据，每调节一次流量需经 35min 的时间稳定。（6）在最大流量范围内，合理进行试验布点，共测取 10 组数据并记录。（7）关闭泵出口阀门，及仪表开关、泵。生物工程单元操作实验报告流量计的流量校验4五、实验结果1） 实验数据及计算。室温为 15，各参数取值如下：水的物性：密度 水 =1000kg/m3， 动力黏度 =0.001081Pa s汞密度： 汞 =13600 kg/m3 重力常数：g=9.8m/s 2 =3.14其他各参数：流量系数 =316.62 d1=27mm d0=18mm以第一组数据为例，具体计算过程如下： Pa
9、gRPs 8.740)1360(8.9106)( 923421 kgmNP/74.2水 smqV /019.623103表真 4vdq真 smduV /367.01.027.942真222 /5.36. s2220 043.1.8.4mdAPCu0生物工程单元操作实验报告流量计的流量校验5Au0)(1sgRP7621.09.43205.210 AqCV真 .81.67Redu其他各组数据计算过程同第一组，这里就不一一进行计算了。具体数据及计算结果如下表：生物工程单元操作实验报告流量计的流量校验62） 孔流系数 C0-Re 关系图3） 永久压差与流速的关系曲线生物工程单元操作实验报告流量计的流量
10、校验7六、 分析讨论1、 孔流系数 C0 与雷诺数 Re 的关系221.180.47Adm由实验结果中可以看到，当雷诺数 Re20000 后，孔流系数 C0 保持在 0.71 左右，基本不再随着雷诺数 Re的增大的变化。与理论情形一致。不过也看到有两个点与理想曲线有一定偏离，这主要是由于实验为定性实验，略显粗略，易受误差干扰，后面将针对此次实验主要误差来源及影响进行分析。2、 永久压差损失与流速的关系由实验结果中永久压差与流速的关系曲线可以看出，孔板流量计的阻力损失 hf= 正2P水比 ，即：20u 20fhu生物工程单元操作实验报告流量计的流量校验8=5.49，R=0.99963说明读数 R
11、 是以机械能损失为代价取得的。缩口越小，孔口速度 u0 越大，读数 R 越大，阻力损失也随之增大。因此选用孔板流量计的中心问题是选择适当面积比 m 以兼顾事宜的读数和阻力损失。七、 误差来源及分析1. 数字流量计实验过程中，数字流量计检测流量时读数有滞后现象，由于实验中是流量时由小到大进行调节，因此可能使得读数比实际数值偏小。为了尽量减小数字流量计带来的误差，在测量时，应使流量从大到小地进行调节，同时，每次调节流量后应等待各示数稳定后在进行读数。2. U 形压差计实验中采用的 U 形压差计由于长期使用，水银面上方积累了较多的铁锈层，其与水银液体有一定混杂，导致一方面无法精确确定水银面位置；另一
12、方面记录数据时读取的是水银与铁锈混合液体的柱高，计算时采用的是水银的密度 gRP水汞2而水银与铁锈混合液体的密度较水银原液偏低，因此会导致读数偏大。= 2水2u最终导致测得 值偏大。而测定 C0-Re 关系为定性实验，影响可忽略。3. 计算误差室温为 15左右，采用的各参数取值为：水的物性：密度 水 =1000kg/m3， 动力黏度 =0.001081Pa s汞密度： 汞 =13600 kg/m3 重力常数：g=9.8m/s 2 =3.14与其真实值有微小差异，但是对最终结果影响较小，可以忽略。4. 偶然误差实验过程中，U 型压差计读数时水银面总是略有浮动，无法精确读数，可能引入误差。还有其他
13、一些不确定因素也可能导致引入偶然误差。八、 思考题1. 孔流系数与哪些因数有关？答：孔流系数主要取决于雷诺数 Re 和面积比 m，而测压方式、孔板锐孔的形状、加工光洁度、孔板厚度和管壁粗糙度也对流量系数有些影响。对于测压方式、结构尺寸、加工状况等均已规定的标准孔板，孔流系数可以表示成：C 0=f(Red,m)生物工程单元操作实验报告流量计的流量校验92. 孔板安装时应注意哪些问题？为什么前后应有一定的直管稳定段？答：管件、阀门件等非直管段对流体流动有很大的干扰作用，导致流体流动状态不平衡，最后造成测量结果的不稳定和不可靠。因此，节流件前后的直管段必需是直的，不得有肉眼可见的弯曲，以使得仪表测量
14、结果更可靠。3. 为什么检测系统要排气？如何正确排气？如何检查排气是否完全？差压计呢？答：如果管路及压差计中存在较多的空气，将干扰流体流动情况，并导致很大的实验误差，大大地影响测量数据，最终导致实验结果不可靠。因此，需要进行排气以减少空气带来的误差，增强实验结果的可靠性。对管路进行排气时，关闭出口阀门，启动泵。打开泵出口阀，使管路注满水，然后打开放空阀以排尽管内空气。排气时应缓慢操作，严防压差计中水银被冲走。对压差计进行排气时，应先打开平衡阀，再打开放气阀， ，至排气口指示泡无气泡排出为止。慢慢关闭平衡阀，如果水银柱稳定在一定高度不变，而开平衡阀时水银柱又能维持0 位，则说明系统内空气已排尽。4. 离心泵启动时应注意什么问题？答：泵起动的时候应注意关闭出口阀，这样可以电机轻负载或是无负载起动，减少电机起动电流。如果启泵时不关阀，电机大负载起动，有可能电机起不动，或是起动电流超大造成事故。5. 标绘孔流系数与雷诺数关系应用什么坐标纸？答：单对数坐标纸，因为孔流系数变化范围较小，0.11 一个数量级就可以包含所有的数据，而雷诺数变化范围比较大，跨越了 1k、10k、100k 三个数量级。因此，采用单对数坐标纸才能很好地呈现这两者之间的关系。
