工程流体力学流动状态试验报告

中国石油大学工程流体力学实验报告实验日期： 成绩： 班级： 学号： 姓名 教师：同组者： 实验三 流动状态实验1、 实验目的 1.测定液体运动时的沿程水头损失（hf）及断面的平均流速（v）。 2.绘制流态曲线（lghflgv）图，找出下临界点并计算临界雷诺数（Rec）的值。2、 实验装置 流动状态实验装置如图6-1所示：所用装置有流动状态实验装置、量筒、秒表、温度计等。图6-1流动状态实验装置1稳压水箱；2进水管；3出水管；4进水阀；5水泵阀；6抽水泵；7溢流管；8压差计；9调节阀；10回流管线；11蓄水箱；12开关三、实验原理 1.液体在同一管道中的流动，当速度不同时有层流、紊流两种流动状态。层流的特点是质点互不掺混，呈线性流动。在紊流中流体的各质点相互掺混，有脉动现象。 不同流态其沿程水头损失与断面平均流速的关系也不同。层流的沿程水头损失与断面平均流速的一次方成正比；紊流的沿程水头损失与断面平均流速的m次方成正比（m=1.752.0）。层流与紊流之间还有一个过渡区，它的沿程水头损失与断面平均速度的关系和层流、紊流的不同。 2.当稳压水箱一直保持溢流时，实验管路水平放置且管径不变，流体在管内的流动为稳定流动，此种情况下A、B点的断面平均速度相等，即v1=v2 。这时从A点到B点的沿程水头损失hf可由能量方程导出： h1，h2分别为A、B点的测压管水头，由压差计读出。 3.根据雷诺数判断流体流动状态。 Re= D圆管内径： v断面平均速度； 运动粘度。 当ReRec时，为紊流，其中Rec=400012000。四、实验步骤 1.熟悉仪器，打开开关启动抽水泵； 2.向稳压水箱充水使液面恒定，并保持少量溢流； 3.在打开调节阀前，检查压差计液面是否齐平。若不平，则须排气； 4.将调节阀打开，直至流量最大； 5.待管内液体流动稳定后，用量筒量测水的体积，用秒表测出时间。记录水的体积及所用的时间，同时读取压差计的液柱标高； 6.然后再调小流量。在调流量的过程中，眼睛要一直观察着压差计液面的变化，直到调至合适的压差。再重复步骤5，共测18组数据； 7.测量水温，利用水的粘温表查出动力粘度系数表查出动力粘度和密度。 8.关闭水泵（或进水阀）、调节阀，并将桌椅收拾干净整齐。五、 注意事项 1、在实验的整个过程中，要求稳压水箱始终保持少量溢流； 2、本实验要求流量从大到小逐渐调整，同时实验过程的中间调节阀不得逆转； 3、当实验进行到过渡区和层流时，要特别注意调节阀的调节幅度一定要小，使得流量及压差的变化间隔要小； 4、实验点分配要合理，在层流、紊流段各测5个点，在过渡区测68个点。六、 实验数据流动状态实验原始数据记录表1. 有关常数 实验装置编号：No. 10 管路直径： D = 0.01 m； 水的温度： T = 20.6 ； 水的密度： = 998.10 kg/m3； 动力粘度系数：= 0.9906 103 Pas； 运动粘度系数： = 0.9928 10-6 m2/s 2.实验数据记录次数压差v (10-2m/s)流量h1/10-2mh2/10-2mV/10-6m3t/s155.465.815.094311.12265.869.046.391016.53369.07177777756.789420.84471.163.189927.03572.367.391335.35672.969.181036.78773.069.784539.81873.270.583941.53973.371.482045.591073.47371.861937.071173.572.060439.341273.672.460045.721373.973.160862.711474.173.561484.161574.173.653587.561674.273.8520108.251774.374.0510180.09181920七、 数据处理 以第一组数据为例计算：流量：面积：流速：水头损失：雷诺数：表1-6-1 流动状态实验数据处理表次数Q (10-6m3/s)v (10-2m/s)hf (10-2m)Re184.802 108.028 40.410881 255.051 70.129 19.57064 342.898 54.647 12.35504 433.259 42.369 8.04268 525.827 32.901 5.03314 622.023 28.055 3.82826 721.226 27.039 3.32724 820.202 25.735 2.72592 917.986 22.913 1.92308 1016.698 21.272 1.62143 1115.353 19.558 1.51970 1213.123 16.718 1.21684 139.695 12.351 0.81244 147.296 9.294 0.6936 156.110 7.784 0.5784 164.804 6.119 0.4616 172.832 3.608 0.3363 181920 用excel软件绘制流态曲线： 由上图读出下临界点是v=20.50cm/s,Rec=2065 八、思考讨论1.液体流动状态及其转变说明了什么本质问题？答：紊流状态下惯性力占主要地位，雷诺数较大。层流状态下惯性力较弱，粘性力占主导地位，雷诺数较小。流体流动阻力产生的根本原因在于流体本身的粘性和惯性，两种状态的转化说明了流体流动阻力从量变到质变的发展过程，通过临界状态产生质的飞跃。2.为什么在确定下临界雷诺数Re的实验过程中要求从大流量到小流量慢慢调节，且中间不得逆转？答：流量逐渐调小时，流态由紊流转变为层流，流态逐渐增大时，流态由层流转变为紊流。两种流态在相互转化时摩擦系数、阻力系数等会发生显著的变化。逆转流量会影响相关参数，导致实验结果不够精确。从大流量到小流量慢慢调节使流态逐渐的由紊流转变为层流，使临界雷诺数的测量更为精确，减小实验误差。3为什么将临界雷诺数Re作为判断流态的准数？你的实测值与标准是否接近？答：流体在流动时，流体的状态会随条件的变化而在层流和紊流之间互相转变，此时，摩擦系数、阻力系数等会发生显著的变化。而实验证明，不同流体，通过不同直径的管路时，虽然临界流速各不相同，但其临界雷诺数却大致相同，因此将临界雷诺数Re作为判断流态的准数。本次试验中测得Re=2356.