流动状态-中国石油大学(华东)流体力学实验报告

1 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 及断面的平均流速平均流速 v f h 2 在双对数坐标上绘制流态 曲线图 找出下临界点并计算临界雷诺数临界雷诺数 Rec f hv 的值 二 实验装置 本室验的装置如图所示 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 在图 1 6 1 横线上正确填写实验装置各部分的名称 图 1 6 1 流态实验装置 1 稳压水箱稳压水箱 2 进水管进水管 3 溢流管溢流管 4 实验管路实验管路 5 压差计压差计 6 流量调压阀流量调压阀 7 回流管线回流管线 8 实验台实验台 9 蓄水箱蓄水箱 10 抽水泵抽水泵 11 出水管出水管 2 三 实验原理 填空 1 液体在同一管道中流动 当速度速度不同时有层流 紊流两种流动状态 层流层流的特点 是质点互不掺混 成线状流动 在紊流中流体的各质点相互掺混 有脉动现象 不同的流态 其沿程水头损失沿程水头损失与断面平均速度的关系也不相同 层流的沿程水头损 失与断面平均流速的一次方一次方成正比 紊流的沿程水头损失与断面平均速度的 m 次方成正 比 m 1 75 2 0 层流与紊流之间存在一个过渡区 它的沿程水头损失与断面平均流速 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 稳定流稳定流 此种情况下 v1 v2 那么从 A 点到 B 点的沿程水头损失为 hf 可由能流量方程导 出 22 1122 f12 12 1212 22 pvpv hzz gg pp zzhhh h1 h2分别是 A 点 B 点的测压管水头 由压差计压差计中的两个测压管读出 3 雷诺数 Reynolds Number 判断流体流动状态 雷诺数的计算公式为 Dv Re 圆管内径 断面平均速度 运动粘度系数Dv 当 下临界雷诺数 为层流 2000 2320 c ReRe c Re 当 上临界雷诺数 为紊流 4000 12000 之间 c Re Re c Re 四 实验要求 1 有关常数 实验装置编号 No 6 实验管内径 D 1 0 cm 水温 T 16 6 水的密度 0 998868g cm3 动力粘度系数 1 09412 mPa s 运动粘度系数 0 0109536 cm2 s 2 以表 1 6 1 中的任意一组数据为例 写出计算实例 包含计算公式 数据及结果 1 沿程水头损失 22 1122 12 12 12 12 22 54 713 4 41 3cm f pvpv hzz gg pp zz hh 3 2 运动粘度系数 62 1 09412 10100000 0109536 0 998868 cms g 3 流量 1000 82 644 12 10 VV Qml s tt 4 断面平均速度 2 44 82 644 105 2264 QQ vcm s Ad 5 雷诺数 22 4 10105 2254 10 Re9606 5 0 0109536 10 Dv 3 实验数据记录处理见表 1 6 1 表 1 6 1 流动状态实验数据记录处理表 次 数 h1 cmh2 cmV mlt sQ ml sv cm shf cmRe 154 713 4100012 1082 644 63 105 22 64 41 39606 5 592 65 144 894517 1555 102 04 70 158 1 20 36405 0 263 69 157 2100024 540 816 33 51 968 96 11 94744 4 644 71 464 394530 8130 671 86 39 052 62 7 13565 2 785 72 367 297038 1925 399 32 32 339 42 5 12952 4 016 72 769 179035 1922 449 56 28 583 67 3 62609 5 237 73 170 677038 2220 146 52 25 651 35 2 52341 8 198 73 171 178539 919 674 19 25 049 95 22286 9 159 73 371 873543 6616 834 63 21 434 52 1 51956 8 4710 73 672 672557 6512 575 89 16 012 12 11461 8 1311 73 87355054 0910 168 24 12 946 6 0 81181 9 512 73 973 356573 787 6579 02 9 7503 43 0 6890 14 9713 7473 547071 046 6159 91 8 4237 41 0 5769 03 8614 7473 637568 195 4993 4 7 0019 77 0 4639 23 9815 74 173 837588 254 2492 92 5 4103 66 0 3493 93 516 17 18 19 20 4 4 在双对数坐标纸上绘制的关系曲线图 f hv 图 1 的关系曲线图 f hv 5 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 c v c Re 25 049cm s c v c Re 22 4 1025 049 10 2286 9 0 0109536 10 Dv 五 实验步骤 填空 正确排序 4 将流量调节阀打开 直至流量最大 1 熟悉仪器 打开开关 12 启动抽水泵 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 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 2 向稳压水箱充水使液面恒定 并保持少量溢流 7 测量水温 利用水的粘温表 见附录 B 查出动力粘度系数 3 在打开流量调节阀前 检查压差计液面是否齐平 若不平 则须排气 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 要一直观察压差计液面的变化 直到调至合 适的压差 再重复步骤 5 共测 18 组数据 5 六 注意事项 1 在实验的整个过程中 要求稳压水箱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 同时实验过程的中流量调节阀阀不得逆转逆转 3 当实验进行到过渡段过渡段和层流段层流段时 要特别注意流量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 紊流段各测五个点 过渡状态 6 8 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 流动状态的转变在本质上表现为受力的不同 流体流动中永远存在着质点流动状态的转变在本质上表现为受力的不同 流体流动中永远存在着质点 的摩擦与撞击现象 在层流状态 质点摩擦所表现出的粘性力起主要作用 而的摩擦与撞击现象 在层流状态 质点摩擦所表现出的粘性力起主要作用 而 在湍流状态 以质点发生碰撞引起速度变化而表现的惯性力为主 在湍流状态 以质点发生碰撞引起速度变化而表现的惯性力为主 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 c Re 不得逆转 1 当从小到大调节流量时 流体内粘性力与惯性力逐渐接近 当两力作 当从小到大调节流量时 流体内粘性力与惯性力逐渐接近 当两力作 用近似相等时 流体仍保持原层流状态 故当流体变为湍流 已经是惯性力占用近似相等时 流体仍保持原层流状态 故当流体变为湍流 已经是惯性力占 主导 故此时为上临界雷诺数 反之 若从大到小调节流量 当发生流型变化主导 故此时为上临界雷诺数 反之 若从大到小调节流量 当发生流型变化 时 粘性力占主导 此时所测雷诺数为下临界雷诺数 时 粘性力占主导 此时所测雷诺数为下临界雷诺数 2 实验过程中如果逆转 将导致流动状态不按下降时的轨迹 导致实验 实验过程中如果逆转 将导致流动状态不按下降时的轨迹 导致实验 误差变大 误差变大 因此 要求从大流量到小流量慢慢调节 且中间不得逆转因此 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 c Re 当变换管径或变换流动介质时 流动状态会发生变化 及同一种流体在不当变换管径或变换流动介质时 流动状态会发生变化 及同一种流体在不 同管径的管道中流动 其临界速度不同 同一管道中 不同流体流动时 其临同管径的管道中流动 其临界速度不同 同一管道中 不同流体流动时 其临 界流速也不同 即使同一管道同一流体 因流体温度不同 临界流速也可能不界流速也不同 即使同一管道同一流体 因流体温度不同 临界流速也可能不 同同 因此 用临界流速来判别流态时存在着针对性而且不方便 因此我们采用 因此 用临界流速来判别流态时存在着针对性而且不方便 因此我们采用 无因次数雷诺数来作为判断流态的准数 无因次数雷诺数来作为判断流态的准数 通过实验 我组