质量守恒与流量测量

1. 实验室设施的设置

1. 确保设施内无流体流动。
2. 确认数据采集系统符合图1B中的示意图。
3. 将压力传感器#1的正压端口（参见图1B）连接至可移动的皮托管（）。
4. 将同一压力传感器的负压端口连接至进气通道的静压探头（）。因此，该压力传感器的读数将直接表示（）。
5. 记录该传感器从伏特到帕斯卡的转换系数（）。将该值填入表1。
6. 使用三通接头将压力传感器#2的正压端口（参见图1B）连接至进气通道的静压探头（）。
7. 将压力传感器#2的负压端口敞开，暴露于大气中（）。因此，该传感器的读数将直接表示（）。
8. 记录该传感器从伏特到帕斯卡的转换系数（）。将该值填入表1。
9. 设置数据采集系统以100 Hz的采样率采集共500个样本（即5秒的数据）。
10. 确保数据采集系统中的通道1对应压力传感器#1（）。
11. 在数据采集系统中输入转换系数，以确保压力测量值（）直接转换为帕斯卡。
12. 将皮托管置于其行程末端，使其接触管壁。由于探头直径为2 mm，第一个速度测量点位于距管壁1 mm的径向坐标处。即，径向位置为 mm（此处， mm）。

图 2．实验装置。（A）：被研究的流道。（B）：皮托管的手动扫描系统。 请点击此处查看该图的放大版本。

表1. 实验研究的基本参数。参数 数值

参数	数值
流道半径 (Ro)	82.25 mm
传感器#1校准常数 (m_p1)	136.015944 Pa/V
传感器#2校准常数 (m_p2)	141.241584 N/V
当地大气压	100,474.15 Pa
当地温度	297.15 K
P_atm-P_2	311.01 Pa

2. 测量

1. 启动流动装置。
2. 从数字万用表上记录压力传感器#2的电压读数（单位：伏特）。
3. 将该数值作为 填入表1，并使用转换因子 将读数从伏特转换为帕斯卡。
4. 使用数据采集系统记录 () 的读数。
5. 将 的数值填入表2。
6. 使用调节旋钮根据表2中建议的数值改变皮托管的径向位置。
7. 重复步骤2.4和2.6，直至表2填满。
8. 通过调节系统的出流来改变流量。
9. 对至少十个不同的流量重复步骤2.4至2.8。
10. 关闭流动装置。

图 5．实验装置。在流体系统出口处使用穿孔板以限制气流。 请点击此处查看该图的放大版本。

表2. 代表性结果。速度测量。r (mm) P_T - P₂ (Pa) u (r) (m/s

r (mm)	PT - P2 (Pa)	u(r) (m/s)
2.25	300.35	22.34
12.25	302.84	22.43
22.25	305.82	22.54
32.25	302.34	22.41
42.25	294.88	22.13
52.25	295.37	22.15
62.25	292.88	22.06
68.25	293.63	22.09
72.25	294.13	22.10
75.25	299.60	22.31
77.25	293.13	22.07
79.25	284.67	21.75
80.25	256.31	20.63
81.25	198.33	18.15

3. 数据分析。

1. 利用表2中的压差值 P_T - P_2, 确定速度分布。将结果填入表2。
2. 以半径 为横坐标，绘制表2中的压力值和速度值（图3）。
3. 根据表2中的速度和半径值，计算公式（8）中的积分。
4. 利用公式（8）计算每个流量下的流出系数。
5. 以 为横坐标，绘制流出系数。
6. 对流出系数拟合函数，幂函数是一个合适的选择。

图 3．典型结果。（A）：沿流动通道径向坐标测量静压的示例。（B）：根据静压测量结果确定的速度分布。 请点击此处查看该图的放大版本。