畢托管測速實驗

1、（四）畢托管測速實驗一、實驗目的和要求1.通過對管嘴淹沒出流點流速及點流速系數(shù)的測量，掌握用畢托管測量點流速的技能；2.了解普朗特型畢托管的構造和適用性，并檢驗其量測精度，進一步明確傳統(tǒng)流體力學量測儀器的現(xiàn)實作用。二、實驗裝置本實驗的裝置如圖4.1所示。圖4.1畢托管實驗裝置圖1.自循環(huán)供水器；2.實驗臺；3.可控硅無級調速器；4.水位調節(jié)閥；5.恒壓水箱；6.管嘴7.畢托管；8.尾水箱與導軌；9.測壓管；10.測壓計；11.滑動測量尺（滑尺）；12.上回水管。說 明：經淹沒管嘴6，將高低水箱水位差的位能轉換成動能，并用畢托管測出其點流速值。測壓計10的測壓管1、2用以測量低水箱位置水頭，測壓

2、管3、4用以測量畢托管的全壓水頭和靜壓水頭，水位調節(jié)閥4用以改變測點的流速大小。圖 4.2 畢托管結構示意圖三、實驗原理圖4.3 畢托管測速原理圖 （4.1）式中：畢托管測點處的點流速；畢托管的校正系數(shù)；畢托管全壓水頭與靜水壓頭差。 （4.2）聯(lián)解上兩式可得 （4.3）式中：測點處流速，由畢托管測定；測點流速系數(shù)；管嘴的作用水頭。四、實驗方法與步驟1、準備 熟悉實驗裝置各部分名稱、作用性能，搞清構造特征、實驗原理。用醫(yī)塑管將上、下游水箱的測點分別與測壓計中的測管1、2相連通。將畢托管對準管嘴，距離管嘴出口處約23cm，上緊固定螺絲。2、開啟水泵 順時針打開調速器開關3，將流量調節(jié)到最大。3、排

3、氣 待上、下游溢流后，用吸氣球（如醫(yī)用洗耳球）放在測壓管口部抽吸，排除畢托管及各連通管中的氣體，用靜水匣罩住畢托管，可檢查測壓計液面是否齊平，液面不齊平可能是空氣沒有排盡，必須重新排氣。4、測記各有關常數(shù)和實驗參數(shù)，填入實驗表格。5、改變流速 操作調節(jié)閥4并相應調節(jié)調速器3，使溢流量適中，共可獲得三個不同恒定水位與相應的不同流速。改變流速后，按上述方法重復測量。6、完成下述實驗項目：（1）分別沿垂向和沿流向改變測點的位置，觀察管嘴淹沒射流的流速分布；（2）在有壓管道測量中，管道直徑相對畢托管的直徑在610倍以內時，誤差在25%以上，不宜使用。試將畢托管頭部伸入到管嘴中，予以驗證。7、實驗結束時

4、，按上述3的方法檢查畢托管比壓計是否齊平。五、實驗結果及要求實驗裝置臺號NO. 校正系數(shù)c=1.0, k=44.27cm0.5/s實驗記錄表格實驗次數(shù)上、下游水位計畢托管測壓計測點流速(cm/s)測點流速系數(shù)h1(cm)h2(cm)DH(cm)h3(cm)h4(cm)Dh(cm)136.415.42114.2536.521.25204.11.006236.415.221.214.33722.7210.91.035336.415.221.214.336.922.6210.51.032436.415.221.214.336.822.5210.01.030536.415.221.214.336.72

5、2.4209.51.028636.415.221.214.336.522.2208.61.023736.415.221.214.336.522.2208.61.023836.415.221.214.336.522.2208.61.023 936.415.221.214.336.522.2208.61.023畫出管嘴淹沒射流速度分布如圖：有圖可看出，成拋物線分布，結果準確。六、實驗分析與討論1. 利用測壓管測量點壓強時，為什么要排氣？怎樣檢驗排凈與否？畢托管、測壓管及其連通管只有充滿被測液體，即滿足連續(xù)條件，才有可能測得真值， 否則如果其中夾有氣柱， 就會使測壓失真， 從而造成誤差。 誤差值與氣

6、柱高度和其位置有關。對于非堵塞性氣泡，雖不產生誤差，但若不排除，實驗過程中很可能變成堵塞性氣柱而影響 量測精度。 檢驗的方法是畢托管置于靜水中， 檢查分別與畢托管全壓孔及靜壓孔相連通的兩根測壓 管液面是否齊平。如果氣體已排凈，不管怎樣抖動塑料連通管，兩測管液面恒齊平。 2. 畢托管的壓頭差h和管嘴上下游水位差H 之間的大小關系怎樣？為什么？h大于H，本實驗在管嘴淹沒出流的軸心處測得過程中有能量損失，但甚微。3. 所測的流速系數(shù)說明了什么？實驗存在一定的誤差，但誤差很小。4. 據(jù)激光測速儀檢測，距孔口2-3 cm軸心處，其點流速系數(shù)為0.996，試問本實驗的畢托管精度如何？如何確定畢托管的矯正系

7、數(shù)c ？若以激光測速儀測得的流速為真值 u，則有為 0.996， 而畢托管測得的該點流速為 208.6cm/s，精度還行，則 欲率定畢托管的修正系數(shù)，則可令C=0.996/1.023=0.97。 5. 普朗特畢托管的測速范圍為0.2-2m/ s，流速過小過大都不宜采用，為什么？另測速時要求探頭對正水流方向(軸向安裝偏差不大于10 度)，試說明其原因（低流速可用傾斜壓差計）。1）施測流速過大過小都會引起較大的實測誤差， 當流速大于 2m/s 時，由于水流流經畢托管頭部時會出現(xiàn)局部分離現(xiàn)象，從而使靜壓 孔測得的壓強偏低而造成誤差。 （2）同樣，若畢托管安裝偏差角（ 流速 u 是實際流速 u 在其軸向的分速 ）過大，亦會引起較大的誤差。 6. 為什么在光、聲、電技術高度發(fā)展的今天，仍然常用畢托管這一傳統(tǒng)的流體測速儀器？畢托管測速原理是能量守恒定律，容易理解。而畢托管經長期應用，不斷改進，已十分 完善 。具有結構簡單，使用方便，測量精度高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點。因而被廣泛應用于液、 氣流的測量（其測量氣體的流速可達 60m/s） 。 光、聲、電的測速技術及其相關儀器，雖具有瞬時性，靈敏、精度高以及自動化記錄等 諸多優(yōu)點，有些優(yōu)點畢托管是無法達到的。但往往因其機構復雜，使用約束條件多及價格昂 貴等因素，從而在應用上受到限制。尤其是傳感器與電器在信號接收與放大處理過程中，有 否失真，或者隨使