毕托管测速实验

一、实验目的和要求

1.通过对管嘴淹没出流点流速及点流速系数的测量，掌握用毕托管测量点流速的技能；

2.了解普朗特型毕托管的构造和适用性，并检验其量测精度，进一步明确传统流体力学量测仪器的现实作用。

二、实验装置

本实验的装置如图4.1所示。

图4.1毕托管实验装置图

1.自循环供水器；2.实验台；3.可控硅无级调速器；4.水位调节阀；5.恒压水箱；6.管嘴 7.毕托管；8.尾水箱与导轨；9.测压管；10.测压计；11.滑动测量尺（滑尺）；12.上回水管。

说 明：

经淹没管嘴6，将高低水箱水位差的位能转换成动能，并用毕托管测出其点流速值。测压计10的测压管1、2用以测量低水箱位置水头，测压管3、4用以测量毕托管的全压水头和静压水头，水位调节阀4用以改变测点的流速大小。

图 4.2 毕托管结构示意图

三、实验原理

图4.3 毕托管测速原理图

kc2g （4.1）

式中：u——毕托管测点处的点流速；

c——毕托管的校正系数；

h——毕托管全压水头与静水压头差。

u2gH （4.2）

联解上两式可得 ch/H （4.3） 式中：u——测点处流速，由毕托管测定；

——测点流速系数； H——管嘴的作用水头。

四、实验方法与步骤

1、准备 (a)熟悉实验装置各部分名称、作用性能，搞清构造特征、实验原理。(b)用医塑管将上、下游水箱的测点分别与测压计中的测管1、2相连通。距离管嘴出口处约2~3cm，(c)将毕托管对准管嘴，上紧固定螺丝。

2、开启水泵 顺时针打开调速器开关3，将流量调节到最大。

3、排气 待上、下游溢流后，用吸气球（如医用洗耳球）放在测压管口部抽吸，排除毕托管及各连通管中的气体，用静水匣罩住毕托管，可检查测压计液面是否齐平，液面不齐平可能是空气没有排尽，必须重新排气。

4、测记各有关常数和实验参数，填入实验表格。

5、改变流速 操作调节阀4并相应调节调速器3，使溢流量适中，共可获得三个不同恒定水位与相应的不同流速。改变流速后，按上述方法重复测量。

6、完成下述实验项目：

（1）分别沿垂向和沿流向改变测点的位置，观察管嘴淹没射流的流速分布；

（2）在有压管道测量中，管道直径相对毕托管的直径在6~10倍以内时，误差在2~5%以上，不宜使用。试将毕托管头部伸入到管嘴中，予以验证。

7、实验结束时，按上述3的方法检查毕托管比压计是否齐平。

五、实验结果及要求

实验装置台号NO.

0.5

校正系数c=1.0, k=44.27 cm/s 实验记录表格

实验次数 1 2 3 4 5 6 7 8 上、下游水位计 h1 (cm) 36.4 36.4 36.4 36.4 36.4 36.4 36.4 36.4 h2 (cm) 15.4 15.2 15.2 15.2 15.2 15.2 15.2 15.2 cm) 21 21.2 21.2 21.2 21.2 21.2 21.2 21.2 毕托管测压计 h3 (cm) 14.25 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 h4 (cm) 36.5 37 36.9 36.8 36.7 36.5 36.5 36.5 h cm) 21.25 22.7 22.6 22.5 22.4 22.2 22.2 22.2 测点流速 (cm/s) 204.1 210.9 210.5 210.0 209.5 208.6 208.6 208.6 测点流速 系数 1.006 1.035 1.032 1.030 1.028 1.023 1.023 1.023 9 36.4 15.2 21.2 14.3 36.5 22.2 208.6 1.023 画出管嘴淹没射流速度分布如图： 有图可看出，成抛物线分布，结果准确。

六、实验分析与讨论

1. 利用测压管测量点压强时，为什么要排气？怎样检验排净与否？

毕托管、测压管及其连通管只有充满被测液体，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，实验过程中很可能变成堵塞性气柱而影响 量测精度。 检验的方法是毕托管置于静水中， 检查分别与毕托管全压孔及静压孔相连通的两根测压 管液面是否齐平。如果气体已排净，不管怎样抖动塑料连通管，两测管液面恒齐平。 2. 毕托管的压头差Δh和管嘴上下游水位差ΔH 之间的大小关系怎样？为什么？ Δh大于ΔH，本实验在管嘴淹没出流的轴心处测得过程中有能量损失，但甚微。 3. 所测的流速系数?′说明了什么？ 实验存在一定的误差，但误差很小。

4. 据激光测速仪检测，距孔口2-3 cm轴心处，其点流速系数?′为0.996，试问本实验的毕托管精度如何？如何确定毕托管的矫正系数c ？

若以激光测速仪测得的流速为真值 u，则有?′为 0.996， 而毕托管测得的该点流速为 208.6cm/s，精度还行，则 欲率定毕托管的修正系数，则可令C=0.996/1.023=0.97。

5. 普朗特毕托管的测速范围为0.2-2m/ s，流速过小过大都不宜采用，为什么？另测速时要求探头对正水流方向(轴向安装偏差不大于10 度)，试说明其原因（低流速可用倾斜压差计）。

1）施测流速过大过小都会引起较大的实测误差， 当流速大于 2m/s 时，由于水流流经毕托管头部时会出现局部分离现象，从而使静压 孔测得的压强偏低而造成误差。 （2）同样，若毕托管安装偏差角（ 流速 u 是实际流速 u 在其轴向的分速 ）过大，亦会引起较大的误差。

6. 为什么在光、声、电技术高度发展的今天，仍然常用毕托管这一传统的流体测速仪器？

毕托管测速原理是能量守恒定律，容易理解。而毕托管经长期应用，不断改进，已十分 完善 。具有结构简单，使用方便，测量精度高，稳定性好等优点。因而被广泛应用于液、 气流的测量（其测量气体的流速可达 60m/s） 。 光、声、电的测速技术及其相关仪器，虽具有瞬时性，灵敏、精度高以及自动化记录等 诸多优点，有些优点毕托管是无法达到的。但往往因其机构复杂，使用约束条件多及价格昂 贵等因素，从而在应用上受到。尤其是传感器与电器在信号接收与放大处理过程中，有 否失真，或者随使用时间的长短，环境温度的改变是否飘移等，难以直观判断。致使可靠度 难以把握， 因而所有光、 电测速仪器， 声、 包括激光测速仪都不得不用专门装置定期率定 （有 时是利用毕托管作率定） 。 可以认为至今毕托管测速仍然是最可信，最经济可靠而简便的测速方法。