2024年2月26日发(作者：茹雪莲)

化工原理实验报告

Experimental Report of Principle of the Chemical Engineering

实验题目

Topic of experiment 孔板流量计的校核试验

班级 组

Class___15级化工(2)____ Group

二

姓名

Name

日期

Date___2017.10.26____

上海师范大学生环学院化学系

SHANGHAI NORMAL UNIVERSITY

LIFE AND ENVIRONMENTAL SCIENCE COLLEGE

DEPARTMENT OF CHEMISTRY

1 / 10

一、 实验目的（Purpose of experiment）

1. 熟悉孔板流量计、文丘里流量计的构造、性能及安装方法。

2. 掌握流量计的标定方法之一——容量法。

3. 测定孔板流量计、文丘里流量计的孔流系数与雷诺准数的关系。

二、 基本原理（Summary of theory）

孔板流量计是根据流体的动能和势能相互转化原理而设计的，流体通过锐孔时流速增加，造成孔板前后产生压强差，可以通过引压管在压差计或差压变送器上显示。其基本构造如图1所示。

若管路直径为d1，孔板锐孔直径为d0，流体流经孔板前后所形成的缩脉直径为d2，流体的密度为ρ，则根据柏努利方程，在界面1、2处有：

2u2u122p/

考虑到实验误差及能量损失等因素，用系数C加以校正:

2u2u12C2p/

图1 孔板流量计对于不可压缩流体，根据连续性方程可知u1

A0u0，代入上式并整理可得：

A1

u0C2p/1(A0)2A1令

C0C

A1(0)2A1则

u0C02p/

根据u0和A0即可计算出流体的体积流量：

Vu0A0C0A02p/

或

Vu0A0C0A02gR(i)/

式中：V－流体的体积流量， m3/s；

2 / 10

R－U形压差计的读数，m；

i－压差计中指示液密度，kg/m3；

C0－孔流系数，无因次；

C0由孔板锐口的形状、测压口位置、孔径与管径之比和雷诺数Re所决定，具体数值由实验测定。当孔径与管径之比为一定值时，Re超过某个数值后，C0接近于常数。一般工业上定型的流量计，就是规定在C0为定值的流动条件下使用。C0值范围一般为0.6～0.7。

3 / 10

三、 设备和流程图（Equipment and Floe Chart Equipment）

实验装置 如图2所示。主要部分由循环水泵、流量计、U型压差计、温度计和水槽等组成，实验主管路为1寸不锈钢管（内径25mm）。

图2 流量计校合实验示意图

四、 实验步骤（Procedures of Experiment）

1. 熟悉实验装置，了解各阀门的位置及作用。启动离心泵。

2. 对装置中有关管道、导压管、压差计进行排气，使倒U形压差计处于工作状态。

3. 对应每一个阀门开度，用容积法测量流量，同时记下压差计的读数，按由小到大的顺序12个数据点，前密后疏。

4. 测量流量时应保证每次测量中，计量桶液位差不小于100mm或测量时间为1min。

5. 主要计算过程如下：

（1）根据体积法（秒表配合计量筒）算得流量V（m3/h）；

（2）根据u4V，孔板取喉径d0＝15.347mm，文丘里取喉径d＝12.403mm；

d2（3）读取流量V（由闸阀开度调节）对应下的压差计高度差R，根据u0C02p/和pgR，求得C0值。

（4）根据Redu，求得雷诺数，其中d取对应的d0值。

（5）在坐标纸上分别绘出孔板流量计的C0－Re图。

4 / 10

五、 原始记录（Original records）

计量桶底面积为0.1㎡

流量V m3/h

序号

时间s

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

60

高度 ㎝

4.25

6.1

8

8.7

10.8

11.8

13.2

14.3

18

21

23.1

25.5

27

27

27

27

27

27

27

27

27

27

27

27

14

26

44

63

100

117

150

168

292

406

483

615

水温t℃ 压差mmH2O

查文献数据得27摄氏度下纯水密度

粘度μ=0.8545

5 / 10

（Pa）

六、 数据处理及结果（Simple calculations and Results）

计算示例，以序号1为例：

1） 流量V=底面积

2） 流速u4V=2d m/s （d取喉径d0=15.171mm）

3） 孔板压降△P=

4） 孔流系数C0=5） 雷诺数Re

流量V

m3/h

0.255

0.366

0.480

0.522

0.648

0.708

0.792

0.858

==

du序号 流速u0

m/s

孔板压降△P

Pa

136.788

254.036

429.906

615.548

977.060

1143.160

1465.590

1641.461

6 / 10

孔流系数

雷诺数Re

1

2

3

4

5

6

7

8

0.392

0.563

0.738

0.803

0.997

1.089

1.218

1.320

0.749

0.789

0.795

0.723

0.712

0.719

0.711

0.727

7191.168

10321.44

13536.32

14720.74

18274.03

19966.07

22334.92

24196.17

9

10

11

12

1.080

1.260

1.386

1.530

1.662

1.939

2.132

2.354

2853.015

3966.864

4719.200

6008.919

0.695

0.687

0.693

0.678

30456.71

35532.83

39086.12

43147.01

7 / 10

孔板流量计C0-Re关系图

孔板流量计C0-Re关系单对数坐标图

8 / 10

七、 结果及讨论（Results and Discussions）

讨论：由Co随Re的变化趋势图可知，孔板流量计的孔流系数Co随Re的增大而减小。随着雷诺数的增加，C0减小的趋势也递减。但总体来说与教材图1-33出入较大。原因可能是压差计量程所限，曲线后半段的直线实验未能测得表示，以及操作误差导致数据不精确。

思考题

1.孔流系数与哪些因素有关？

答：孔流系数由孔板锐口的形状、测压口的位置、孔径与管径之比和雷诺准数有关。

2.本实验中水箱实际上起到那种测量仪表的作用？

答：本实验中，通过测算单位时间内水箱内液面升高的高度来计算体积流量，因此水箱起到流量计的作用。

3.测量主管道内有空气会对实验结果影响吗？为什么？

答：会。因为管道内有空气，则管道内流体就不是纯物质，而是气液混合物，其相应密度、粘度等物性也会发生改变。

4.从实验中，可以直接得到R-V的校正曲线，经整理也可以得到C0-Re的曲线，这两种表示方法各有什么优点？

答：C0-Re的曲线表示方法更直接、更准确，鈭?R-V的校正曲线方法因为相应坐标数值可直接测量，所以更方便。

成绩评定

9 / 10

指导教师（Instructor）_______________

年 月 日

10 / 10

2024年2月26日发(作者：茹雪莲)

化工原理实验报告

Experimental Report of Principle of the Chemical Engineering

实验题目

Topic of experiment 孔板流量计的校核试验

班级 组

Class___15级化工(2)____ Group

二

姓名

Name

日期

Date___2017.10.26____

上海师范大学生环学院化学系

SHANGHAI NORMAL UNIVERSITY

LIFE AND ENVIRONMENTAL SCIENCE COLLEGE

DEPARTMENT OF CHEMISTRY

1 / 10

一、 实验目的（Purpose of experiment）

1. 熟悉孔板流量计、文丘里流量计的构造、性能及安装方法。

2. 掌握流量计的标定方法之一——容量法。

3. 测定孔板流量计、文丘里流量计的孔流系数与雷诺准数的关系。

二、 基本原理（Summary of theory）

孔板流量计是根据流体的动能和势能相互转化原理而设计的，流体通过锐孔时流速增加，造成孔板前后产生压强差，可以通过引压管在压差计或差压变送器上显示。其基本构造如图1所示。

若管路直径为d1，孔板锐孔直径为d0，流体流经孔板前后所形成的缩脉直径为d2，流体的密度为ρ，则根据柏努利方程，在界面1、2处有：

2u2u122p/

考虑到实验误差及能量损失等因素，用系数C加以校正:

2u2u12C2p/

图1 孔板流量计对于不可压缩流体，根据连续性方程可知u1

A0u0，代入上式并整理可得：

A1

u0C2p/1(A0)2A1令

C0C

A1(0)2A1则

u0C02p/

根据u0和A0即可计算出流体的体积流量：

Vu0A0C0A02p/

或

Vu0A0C0A02gR(i)/

式中：V－流体的体积流量， m3/s；

2 / 10

R－U形压差计的读数，m；

i－压差计中指示液密度，kg/m3；

C0－孔流系数，无因次；

C0由孔板锐口的形状、测压口位置、孔径与管径之比和雷诺数Re所决定，具体数值由实验测定。当孔径与管径之比为一定值时，Re超过某个数值后，C0接近于常数。一般工业上定型的流量计，就是规定在C0为定值的流动条件下使用。C0值范围一般为0.6～0.7。

3 / 10

三、 设备和流程图（Equipment and Floe Chart Equipment）

实验装置 如图2所示。主要部分由循环水泵、流量计、U型压差计、温度计和水槽等组成，实验主管路为1寸不锈钢管（内径25mm）。

图2 流量计校合实验示意图

四、 实验步骤（Procedures of Experiment）

1. 熟悉实验装置，了解各阀门的位置及作用。启动离心泵。

2. 对装置中有关管道、导压管、压差计进行排气，使倒U形压差计处于工作状态。

3. 对应每一个阀门开度，用容积法测量流量，同时记下压差计的读数，按由小到大的顺序12个数据点，前密后疏。

4. 测量流量时应保证每次测量中，计量桶液位差不小于100mm或测量时间为1min。

5. 主要计算过程如下：

（1）根据体积法（秒表配合计量筒）算得流量V（m3/h）；

（2）根据u4V，孔板取喉径d0＝15.347mm，文丘里取喉径d＝12.403mm；

d2（3）读取流量V（由闸阀开度调节）对应下的压差计高度差R，根据u0C02p/和pgR，求得C0值。

（4）根据Redu，求得雷诺数，其中d取对应的d0值。

（5）在坐标纸上分别绘出孔板流量计的C0－Re图。

4 / 10

五、 原始记录（Original records）

计量桶底面积为0.1㎡

流量V m3/h

序号

时间s

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

60

60

60

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60

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60

60

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高度 ㎝

4.25

6.1

8

8.7

10.8

11.8

13.2

14.3

18

21

23.1

25.5

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14

26

44

63

100

117

150

168

292

406

483

615

水温t℃ 压差mmH2O

查文献数据得27摄氏度下纯水密度

粘度μ=0.8545

5 / 10

（Pa）

六、 数据处理及结果（Simple calculations and Results）

计算示例，以序号1为例：

1） 流量V=底面积

2） 流速u4V=2d m/s （d取喉径d0=15.171mm）

3） 孔板压降△P=

4） 孔流系数C0=5） 雷诺数Re

流量V

m3/h

0.255

0.366

0.480

0.522

0.648

0.708

0.792

0.858

==

du序号 流速u0

m/s

孔板压降△P

Pa

136.788

254.036

429.906

615.548

977.060

1143.160

1465.590

1641.461

6 / 10

孔流系数

雷诺数Re

1

2

3

4

5

6

7

8

0.392

0.563

0.738

0.803

0.997

1.089

1.218

1.320

0.749

0.789

0.795

0.723

0.712

0.719

0.711

0.727

7191.168

10321.44

13536.32

14720.74

18274.03

19966.07

22334.92

24196.17

9

10

11

12

1.080

1.260

1.386

1.530

1.662

1.939

2.132

2.354

2853.015

3966.864

4719.200

6008.919

0.695

0.687

0.693

0.678

30456.71

35532.83

39086.12

43147.01

7 / 10

孔板流量计C0-Re关系图

孔板流量计C0-Re关系单对数坐标图

8 / 10

七、 结果及讨论（Results and Discussions）

讨论：由Co随Re的变化趋势图可知，孔板流量计的孔流系数Co随Re的增大而减小。随着雷诺数的增加，C0减小的趋势也递减。但总体来说与教材图1-33出入较大。原因可能是压差计量程所限，曲线后半段的直线实验未能测得表示，以及操作误差导致数据不精确。

思考题

1.孔流系数与哪些因素有关？

答：孔流系数由孔板锐口的形状、测压口的位置、孔径与管径之比和雷诺准数有关。

2.本实验中水箱实际上起到那种测量仪表的作用？

答：本实验中，通过测算单位时间内水箱内液面升高的高度来计算体积流量，因此水箱起到流量计的作用。

3.测量主管道内有空气会对实验结果影响吗？为什么？

答：会。因为管道内有空气，则管道内流体就不是纯物质，而是气液混合物，其相应密度、粘度等物性也会发生改变。

4.从实验中，可以直接得到R-V的校正曲线，经整理也可以得到C0-Re的曲线，这两种表示方法各有什么优点？

答：C0-Re的曲线表示方法更直接、更准确，鈭?R-V的校正曲线方法因为相应坐标数值可直接测量，所以更方便。

成绩评定

9 / 10

指导教师（Instructor）_______________

年 月 日

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