流动状态实验.doc

中国石油大学（华东） 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： 实验六、流动状态实验一、实验目的1测定液体运动时的沿程水头损失（）及断面的平均流速（v）。2绘制流态曲线（）图，找出下临界点并计算临界雷诺数（）的值。二、实验装置本室验的装置如图1所示。本实验所用的设备有流态实验装置、量筒、秒表、温度计及粘温表。图1 流态实验装置1稳压水箱；2进水管；3溢流管；4实验管路；5压差计；6流量调节阀；7回流管线；8实验台；9蓄水箱；10抽水泵；11出水管三、实验原理 1液体在同一管道中流动，当速度不同时有层流、紊流两种流动状态。层流的特点是流体各质点互不掺混，呈线状流动。紊流的特点是流体的各质点互相搀混，有脉动现象。不同的流态，其沿程水头与断面平均流速的关系也不相同。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(m=1.752.0)次方成正比。层流与紊流之间存在一个过渡段，它的沿程水头损失与断面平均流速的关系与层流、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，此种情况下A点、B点的断面平均流速相等，即。这时从A点到B点的沿程水头损失可由能量方程导出： (1)式中 h1，h2分别为A点、B点的测压管水头，由测压计中的两个测压管读出。3根据雷诺数判断流体流动状态。雷诺数Re的计算公式为： (2)式中 D圆管内径； 断面平均速度； 运动粘度。当（下临界雷诺数）时，为层流，其中；当（上临界雷诺数）时，为紊流，其中；四、实验要求1有关常数： 实验装置编号：No. 9 实验管内径：D= 1.010-2 m； 水温：T= 19 ；水的密度：= 998.33 kg/m3； 动力粘度系数：= 1.017510-3 Pas；运动粘度系数：= 1.01910-6 m2/s。2实验数据记录处理见表1。表1 流动状态实验数据记录处理表次数/s111.457.197011.4085.091.83445.710637.09248.667.594517.6853.450.68118.96681.98357.870.293522.5941.390.52712.45174.29464.372.394028.7532.690.4178.04087.39568.273.395537.3525.560.3265.13196.45670.273.976535.0521.820.2783.82728.53770.573.876036.0921.060.2683.32632.58871.273.973536.3120.240.2582.72530.56971.874.178540.6319.320.2462.32415.341072.474.259533.7917.610.2241.82201.321172.874.358035.5016.340.2081.52042.471273.474.657545.9012.530.1591.21566.071374.074.855558.149.550.1220.81193.361474.274.855060.089.150.1170.61144.421574.474.935549.647.150.0910.5894.031674.675.033060.005.500.0710.4687.571774.875.132070.114.560.0580.3570.59以其中一组数据写出计算实例。管截面积：，流量：，速度：，水头损失：，由此可得雷诺数：。3要求：（1）在双对数坐标纸上绘制关系曲线图。 （2）确定下临界点，找出临界点速度，并写出计算临界雷诺数的过程。 由图可知，A (-0.68, 0.176)，即，则，与理论值进行比较，20002320，实验结果与理论结果相符。五、实验步骤 1熟悉仪器，打开水泵开关启动抽水泵。2向稳压箱充水，使液面恒定，并保持少量溢流。3在打开流量调节阀前，检查压差计液面是否齐平。若不平，则需排气。4将流量调节阀打开，直至流量最大。5待管内液体流动稳定后，用量同测水的体积，并用秒表测出时间。记录水的体积及所用时间，同时读取压差计的液柱标高。6调小流量，在调节流量的过程中要一直观察压差计液面的变化，直至调至合适的压差，然后重复步骤5，共测17组。7测量水温，利用水的密度和粘度表查出动力粘度和密度。8关闭水泵电源和流量调节阀，并将实验装置收拾干净整齐。六、注意事项1在实验的整个过程，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，同时在实验中针形阀不得逆转。3当实验进行到过渡段和层流段时，要特别注意针形阀的调节幅度一定要小，使流量及压差的变化间隔小。4实验点要分配合理，在层流段、紊流段各测5个点，在过渡状态测68个点。七、问题分析1液体流动状态及其转变说明了什么本质问题？答：说明流体的状态没有明显的界限，由于流速、管径和物理性质的影响，流体的流动状态可以相互转变。2为什么在确定下临界雷诺数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：因为从层流过渡到紊流与从紊流过渡到层流，临界雷诺数不同，而前者较大，称为上临界雷诺数，后者较小，称为下临界雷诺数。上临界雷诺数不稳定，而下临界雷诺数较稳定，在圆管中一般在20002300范围之间，所以用下临界雷诺数判定得到的结果比较准确，误差比较小。故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。3为什么将临界雷诺数作为判断流态的准数？你的实测值与标准是否接近？答：因为流体流动阻力产生主要是由于流体本身的惯性和粘性，而惯性力与粘性力的比可用雷诺数表示，实验证明，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，粘性力占主要地位，雷诺数较小，故用雷诺数来判断流态，能同时反应出流速、管径和流体物理性质三方面对流态的影响。我的实测值为2060，而标准值在20002320，故