张晓丽，许怡宁

（海军大连舰艇学院，辽宁 大连 116018）

1 概述

实验室常见的压差式流量计主要有三种：文丘里流量计、孔板流量计和喷嘴流量计。其中孔板流量计应用最为广泛，因为其造价低、结构简单、安装方便，无可动部件等特点而广泛应用于测量封闭管道中。文丘里流量计测量管路中稳定流动状态下，以伯努利方程和质量守恒为基础建立数学模型，而在瞬变流动状态下，稳态流动时的数学模型并不适用，流量测量会产生很大的误差[1]。和另外两种流量计比较，它的能量损失最小，并且能够实现信号的远传，流量系数能够达到0.98 左右。文丘里流量计广泛应用于各个领域用于流量的测量。

流体力学是理工院校相关专业必修课程。流体力学实验是流体力学课程中不可或缺的实践环节[2-5]。很多工科专业都是以培养出应用型、复合型、创新型的高水平人才为目标，因此实践性环节的作用显得尤为突出[6-7]。结合专业特点，对流体力学实验教学进行改革增加自主创新实验项目，提高学生实做兴趣，培养学生创新能力。本文围绕文丘里实验，自主设计并制作了三种不同倾角文丘里流量计，并对流量计精度进行实验测试。对可能出现的误差进行了详细分析，经过多次精细实验讨论文丘里不同倾角对实验精度的影响。

2 文丘里实验设计

经过反复查阅资料，认真分析国内各个文丘里流量计生产厂家提供的参数，为了研究文丘里流量计不同倾角对精度的影响及改进，设计加工以下几组不同规格的文丘里流量计，具体情况如图1 所示：

图1 不同倾角文丘里管

从前至后，文丘里流量计尺寸依次为：

（1）喉口直径：0.8cm，收缩的前倾角：15°，扩展的后倾角：15°。

（2）喉口直径：1.05cm，收缩的前倾角：10°，扩展的后倾角：15°。

（3）喉口直径：0.7cm，收缩的前倾角：17.5°，扩展的后倾角：15°。

3 实验数据及图表分析

3.1 第一组实验

喉口直径：0.8cm，收缩的前倾角：15°，扩展的后倾角：15°。

表1 为水温 22.5℃管径 d1=1.4cm，d2=0.8cm 条件下测取数据，经过计算，结果见表1。

表1 实验数据整理计算表

3.2 第二组实验

喉口直径：1.05cm，收缩的前倾角10°，扩展的后倾角15°。

表1 为水温22.5℃管径d1=2.0cm，d2=1.05cm 条件下测取数据经过计算，结果见表2。

表2 实验数据整理计算表

3.3 第三组实验

喉口直径：0.7cm，收缩的前倾角：17.5°，扩展的后倾角：15°。

表3 为水温 22.5℃管径 d1=1.4cm，d2=0.7cm 条件下测取数据。经过计算，结果见表3。

通过以上数据分析可以得出以下结论：喉管长度、喉管直径是影响文丘里管阻力的主要因素，当文丘里管喉口与均匀段压差减小时，能量损失增大。

表3 实验数据整理计算表

4 数据分析与处理

通过数据分析，可以得出一些基本结论，为进一步分析文丘里不同倾角之间的关系，分别绘出几组数据的qv～Δh 的关系曲线，具体如下图2-4 所示。

通过以上图表分析可以得出以下结论：收缩角在10°～21°，喉道平直段长度等于喉道直径，扩张角为15°左右时能量损失最小。喉口直径d1与均匀段直径d2之比约为1/2 时实验数据较为合理，能量损失最小。

5 实验结论

对实验数据进行整理分析，可以得出以下结论：

（1）从以上实验可以得出喉管长度、喉管直径是影响文丘里管阻力的主要因素，实验（水为流体）的μ 值大小与 qv、d1、d2、Δh 有关，其中 d1、d2影响最敏感。

（2）文丘里流量计，其前、后两静压测孔分别布置在文丘里管入口管壁处、喉管1/2 长度管壁处较为合理，流量计算截面应选在喉管1/2 长度轴截面。

（3）当文丘里管喉口与均匀段压差减小时，能量损失增大。

（4）收缩角在 10°～21°，喉道平直段长度等于喉道直径，扩张角为15°左右时能量损失最小。

（5）喉口直径d1与均匀段直径d2之比约为1/2 时实验数据较为合理，能量损失最小。

图2 第一组qv～Δh 的关系曲线

图3 第二组qv～Δh 的关系曲线

图4 第三组qv～Δh 的关系曲线