U形管是一種酷似U形的管子，是利用乙醇噴燈的高溫把普通的粗玻璃管燒彎。U形管在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用非常廣泛，可以進(jìn)行電解、電泳實(shí)驗(yàn)，拼裝簡易的啟普發(fā)生器，充當(dāng)冷卻管等。
U形管冷卻管是將熱氣體冷卻的裝置，與冷凝管不同。將U形管插入冰水，可以將通來的氣體迅速冷卻。充滿硫酸銅的U形管可以檢驗(yàn)水蒸汽。
U形管容易破裂，在夾持時要小心輕放，并且不能在兩個管之間拉扯或者擠壓兩端開口。U型管（U-tube）是化學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的一種儀器，一般為U型的透明玻璃管或者塑料管，有多種大小型號，可以盛裝液體或者固體。
基本介紹
介紹
U形管壓力計(jì)是根據(jù)流體靜力學(xué)原理用一定高度的液柱所產(chǎn)生的靜壓力平衡被測壓力的方法來測量正壓、差壓和負(fù)壓既真空度的。由于它結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、價格低廉、使用壽命長若無外力破壞幾乎可永久使用、讀取方便、數(shù)據(jù)可靠、無需外接電力既無需消耗任何能源。故在工業(yè)生產(chǎn)各科研過程中得到非常廣泛的應(yīng)用。當(dāng)以水作為介質(zhì)時一般的測量范圍在：-98kPa——+9．8kPa之間，非常適合對氣體介質(zhì)的低壓和微壓的測量。雖然U形管壓力計(jì)看起來結(jié)構(gòu)簡單，但如果操作和使用不當(dāng)或了解不深還是會引起一定誤差的。由于U形管壓力計(jì)兩邊玻璃管的內(nèi)徑很難保持完全一致，因此在讀取數(shù)值時為限制引入附加誤差，U形管壓力計(jì)應(yīng)垂直放置，并同時讀取兩管的液面高度，視線應(yīng)與液面平齊，讀數(shù)應(yīng)以液面彎月面頂部切線為準(zhǔn)。一般的讀取誤差在1mm左右，如果是二次讀取則在2mm左右。U形管壓力計(jì)的測量精度由測量范圍和被測壓力的大小以及工作液的選取所決定。在U形管壓力計(jì)的工作液確定后，測量范圍越大、被測壓力越高、其測量精度就越高。比如以水為工作液時測量5kPa時精度為±0.5%，2.5kPa時精度為土1%，lkPa時精度為±2.5%，0.5kPa時精度為±5%。另外在高度一定時若想提高其測量精度和靈敏度應(yīng)選取密度低的工作液。在使用過程中還應(yīng)注意必須同時讀取兩邊玻璃管的液面高度，不允許只讀取一邊玻璃管的數(shù)值乘二的做法，這一點(diǎn)必須特別注意。從下面的例子中可了解到同時讀取兩邊玻璃管數(shù)值的重要性。如在一次測量中，使用1OkPa的U形管壓力計(jì)，無壓力時兩液面靜止在5000Pa刻度上。當(dāng)加上某一壓力時，上液面上升至7800Pa，下液面為3000Pa，正確的壓力值應(yīng)為7800—3000=4800Pa，若采用單管讀數(shù)乘2的做法，取上液面讀數(shù)為準(zhǔn)，則壓力值為（7800Pa-5000Pa）×2=5600Pa，誤5600Pa-4800Pa=800Pa取下液面讀數(shù)為準(zhǔn)，則壓力值為（5000Pa-3000Pa）×2=4000Pa,誤4000Pa-4800Pa=800Pa。由此可見，用此U形管壓力計(jì)來測量壓力值，壓力為4800Pa的壓力時，若采用用單管讀數(shù)乘2的方法將產(chǎn)生士800Pa的誤差。當(dāng)被測壓力變化時，使用不同的U形管壓力計(jì)，其附加誤差也將隨之變化。特別要指出的是當(dāng)用U形管壓力計(jì)測量壓力，尤其是用作標(biāo)準(zhǔn)去校驗(yàn)低壓、微壓計(jì)量器具時，應(yīng)合理選取工作液體的密度和U形管壓力計(jì)，校驗(yàn)時應(yīng)反復(fù)多次，仔細(xì)讀取數(shù)值，以盡可能減小誤差，提高測量精度。
安裝
U型管組裝時，應(yīng)將與單動滑閥連接的．法蘭留成活口，點(diǎn)焊于管段上，以便U型管安裝時調(diào)整法蘭的水平度及找正管段。
U型管和單動滑閥連接的法蘭，安裝后其水平度偏差應(yīng)不大于1毫米/米，一般施焊前，在法蘭找正后于焊口四周用4~6塊立筋板對稱加固。施焊時采用分段對稱跳焊的方法，每段長以100~200毫米為宜。焊接的同時宜隨時檢查法蘭面的水平度并及時校正。
U型管的安裝，應(yīng)根據(jù)兩器安裝后的實(shí)際安裝位置配安，U型管分段安裝時應(yīng)控制各管段的軸線方向。
U型管安裝后，其水平段標(biāo)高偏差不大于±10毫米。
U型管防震系統(tǒng)的安裝應(yīng)符合下列要求：
（1）防震器安裝前應(yīng)進(jìn)行檢查，并符合設(shè)計(jì)要求。
（2）防震器試驗(yàn)，當(dāng)桿端作用力為42公斤，搖臂桿長230毫米，行程65°時，所用的時間應(yīng)符合下列要求
當(dāng)用變壓器油時，歷時2秒以上；
當(dāng)用50#機(jī)油時，歷時5秒以上；
當(dāng)用20#航空潤滑油時，歷時9秒以上。
（3）防震器安裝時，搖臂應(yīng)處于可搖動角度的中心位置，以保證U型管熱膨脹后連桿和搖臂垂直。
（4）安裝支桿，應(yīng)根據(jù)熱膨脹情況，使靠近U型管的一端略高，以使U型管膨脹后支桿呈水平狀態(tài)。
布置方式影響
目前，對于水平及垂直直管中發(fā)生氣液兩相流脈動的機(jī)理、計(jì)算方法及防范措施已經(jīng)進(jìn)行了大量試驗(yàn)和理論研究工作。但是，對于受熱的U型管在工質(zhì)沸騰狀況下的汽液兩相流脈動問題研究較少，隨著各種結(jié)構(gòu)的U型管在工業(yè)設(shè)備中得到日益廣泛的應(yīng)用，研究不同布置方式U型管中氣液兩相流的脈動特性具有十分重要的實(shí)際工程意義。
試驗(yàn)系統(tǒng)
試驗(yàn)系統(tǒng)簡圖見下圖，這是一個封閉式試驗(yàn)回路，利用氟利昂113（R-113）作為工質(zhì)。試驗(yàn)段中電加熱段長2053mm，U型管高度（定義為垂直布置時，U型段入口至U型段頂端的垂直高度）為1850mm，試驗(yàn)管段選用內(nèi)徑16mm，壁厚2mm的不銹鋼管，整個試驗(yàn)回路也是用不銹鋼制成。加熱系統(tǒng)由一個30kW的感應(yīng)調(diào)壓器和一個大電流變壓器構(gòu)成，直接以管壁作為加熱器以保證熱負(fù)荷的均勻性。
研究的五種不同布置方式為：倒U型、傾斜45°、水平面布置、傾斜-45°、正U型。試驗(yàn)選用相同的壓力范圍、加熱功率以及質(zhì)量流量，試驗(yàn)范圍如下：系統(tǒng)壓力（選用試驗(yàn)段出口壓力）P為0.2、0.3及0.4MPa；加熱功率Q為10.4，9.6，8.8，8.0，7.2，6.4kW；質(zhì)量流量W為1.0～30.0kg/min。
試驗(yàn)結(jié)果及分析
在試驗(yàn)中，可以觀測到：種典型的脈動工況，即壓力降型脈動，密度波型脈動以及近蒸干點(diǎn)處密度波型脈動。在保持系統(tǒng)壓力和加熱量不變的條件下，當(dāng)流量減小到一定值后，開始出現(xiàn)壓力降型脈動，這種脈動出現(xiàn)在穩(wěn)態(tài)特性曲線的負(fù)斜率區(qū)段，其周期受試驗(yàn)系統(tǒng)的氣相容積及壓縮性的影響，對于本實(shí)驗(yàn)回路，可以通過調(diào)節(jié)穩(wěn)壓罐中氮?dú)?/a>的容積來改變其氣相容積和壓縮性。由于壓力降型脈動比較常見，因此本文比較脈動界限主要討論壓力降型脈動，繼續(xù)減小流量，可以觀測到第二種脈動工況，即密度波型脈動，這種脈動周期較短，振幅較小。在較小的流量時，出現(xiàn)近蒸干點(diǎn)密度波型脈動，在這種工況下出現(xiàn)傳熱惡化，此時壓力及流量脈動振幅最大，并可能出現(xiàn)流體的倒流，流體溫度脈動也十分劇烈，壁溫開始飛升。
分析測得的不同布置方式U型管的脈動界限，可以看出正U型管穩(wěn)定性最好，倒U型管最差，但其差別不大。在試驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)倒U型管最容易出現(xiàn)壁溫飛升，這些結(jié)果與對穩(wěn)態(tài)特性曲線的分析是一致的。
試驗(yàn)結(jié)果表明，增大進(jìn)口阻力，減小出口阻力，增大系統(tǒng)壓力和減小熱負(fù)荷均有利于提高試驗(yàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這一結(jié)果及試驗(yàn)過程中多次得到了驗(yàn)證。
結(jié)論
通過試驗(yàn)研究并利用數(shù)值計(jì)算方法對五種布置方式的U型管的不穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，并且模擬計(jì)算了實(shí)際工程應(yīng)用的U型管布置方式。得出的結(jié)論如下：
（1）增大系統(tǒng)壓力、減小加熱量、增大進(jìn)口阻力、減小出口阻力均有利于各種布置方式U型管的穩(wěn)定性；
（2）在試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)，對于本試驗(yàn)系統(tǒng)，正U型管和傾斜-45°U型管較不容易發(fā)生壓力降型脈動，其穩(wěn)定性優(yōu)于其它幾種布置方式，倒U型管的穩(wěn)定性最差；
（3）U型管段中由于密度差引起的重位壓力降對系統(tǒng)特性曲線有較大影響，不同布置方式?jīng)Q定了重位壓力降對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性曲線多值性的影響程度，從而影響其穩(wěn)定性；
（4）對于模擬計(jì)算的實(shí)際丁程應(yīng)用的不同布置方式U型管，在計(jì)算的工況條件下，正U型管和傾斜45。U型管穩(wěn)定性較好，倒U型管穩(wěn)定性最差，基本上同低壓時得出的規(guī)律一致。
壓力計(jì)
U型管壓力計(jì)是歷史最悠久的測量壓強(qiáng)儀器。它在用于真空測量中屬于絕對真空計(jì)，可作為真空計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。它的典型原理結(jié)構(gòu)如右圖所示。它是由兩根測量管構(gòu)成，通過測量管內(nèi)工作液柱的高度差h，即可計(jì)算出待測壓力P的值。液柱的一側(cè)需用抽真空等方法使其上的壓力P0比起待測壓力P來。可以忽略不計(jì)，這種壓力計(jì)的精度和測量下限，主要取決于如何測準(zhǔn)液柱面的高度差h和測量h的精度，以及工作液體的密度。測量h的方法很多，如直接用刻度尺測量，用測高儀、點(diǎn)接觸測微計(jì)、光學(xué)干涉法等等，其中干涉法的精度最高。工作液體最早采用的是汞，而在真空測量中為向低壓量程擴(kuò)展，也常用飽和蒸氣壓低且密度和粘度小的油類。這種壓力計(jì)可測量低、中真空。
U型管中盛有液體汞，根據(jù)液體靜力學(xué)的平衡原理，U型管A—A’截面上的流體靜力學(xué)平衡公式為：
P+（H+h）ρ1=Hρ3+hρ2+P0?（1）
式中：P——被測壓力；
ρ1ρ2?——充液ρ3上面的保護(hù)介質(zhì)或空氣的密度；
P0——大氣壓；
h——充液高位面到被測壓力P的連接口處高度。
由式（1）得：P=P0+h（ρ2一ρ1）+H（ρ3一ρ1）
相對壓力：P=P一P0=h（ρ2一ρ1）+H（ρ3一p1）
當(dāng)ρ1=ρ2時：P=H（ρ3一ρ1）（2）
式（2）表明，相對壓力P正比于液柱高度H，這是液柱式壓力計(jì)測量壓力基本原理。
在實(shí)際測量中，有時不能忽略液面上介質(zhì)或保護(hù)液所受重力的作用。遇到這種情況時，應(yīng)該在U型管兩邊同一截面上寫出流體靜力學(xué)平衡公式，然后求出被測壓力P，這一點(diǎn)在測量微壓力或微偏差時應(yīng)特別注意。
使用U型管壓力計(jì)時，由于毛細(xì)管和液體表面的張力的作用，會引起管內(nèi)的液面呈彎月狀，給讀數(shù)造成誤差，為了減小此類誤差，制作U型管時管徑不能選得太細(xì)。一般用水作工作液體時，管子內(nèi)徑不得小于8mm。用汞作工作液體時，管內(nèi)徑不小于5mm。U型管壓力計(jì)標(biāo)尺每個分格是lmm，每次讀數(shù)的最大誤差為分格的一半。而U型管壓力計(jì)兩個管子需分別讀數(shù)，所以可能的讀數(shù)誤差為±lmm（相當(dāng)于9.8Pa）。為了減少誤差和只進(jìn)行一次讀數(shù)，可以使用杯型壓力計(jì)。
參考資料 >
u型管原理,u型管原理知識 - 給排水 - 造價通.造價通.2021-11-09