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．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 （Re） 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      ；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 填空

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          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       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  ) 。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    ，此种情况下v₁=v₂。那么从A点到B点的沿程水头损失为h_f，可由能流量方程导出：

h₁、h₂分别是A点、B点的测压管水头，由   测压管                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：

—圆管内径；—断面平均速度；—运动粘度系数

当（下临界雷诺数）为层流，=2000~2320；

当（上临界雷诺数）为紊流，=4000~12000之间。

四、实验要求

1．有关常数：                    实验装置编号：No.   7      

实验管内径：D=   1.0   cm；     水温：T=      20.1      ℃；

水的密度：=      0.998209   g/cm³；    动力粘度系数：=  1.0026      mPas；

运动粘度系数：=   0.01   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：₌h₂-h₁=53.0-11.9=41.1cm

（2）运动粘度系数：=μ/ρ=1.0026/0.998209=0.01cm²/s

（3）流量：=955/10.44=91.475cm³/s

（4）断面平均速度：v =Q/A=91.475/0.785=116.53cm/s

 

（5）雷诺数：=Dv/υ=0.01*1.1653/0.000001=11653

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

4、在双对数坐标纸上绘制的关系曲线图

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。

第6个点和第7个点之间发生弯曲，读出v_c=21.4

=21.4cm/s

=Dv/υ=0.01*0.214/0.000001=2140

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；

六、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，同时实验过程的中流量调节阀阀不得逆转      ；

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？

答：液体有紊流和层流两种流态，层流时，液体质点互不掺混，呈线状流动。紊流时液体质点互相掺混，不规则流动。

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：因为紊流和到层流的临界雷诺数与层流到紊流不同，顺序错误就会出现较大误差，因此不可逆。上临界雷诺数的范围太大，不稳定，而下临界雷诺数的范围在2000到2300之间，比较稳定，要尽量保证测到的值是下临界雷诺数。

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：在湍流状态下，惯性力占主导地位，雷诺数较大，在层流状态下，惯性力较弱，粘性力居主导地位，雷诺数较小。故用雷诺数判断流态，能同时反映流速，管径和流体物理性质三个方面对流态的影响，所以，雷诺数Re综合了影响流态的各种因素，反映了流体惯性力与粘性力的比值。实测值为2140，位于20##-2300之间。

八、心得体会

本次实验操作上比较困难，在观测Δh时，一定要看清是否到达试验点，随时算好是不是到了，否则会错过试验点，同时也要及时控制阀门，协作好坏直接影响了实验结果。在观察是否到达试验点时，要耐心观察。通过雷诺数的计算，我了解了判别流态的基本方法，掌握了如何量化流体的流态。

第二篇：流体力学 流动状态试验

流动状态试验

一、  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（lg hf-lgv）图，找出下临界点并计算临界雷诺数（）的值。

二、  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，成线状流动。紊流的特点是液体的各质点互相掺混，有脉动现象。

不同的流态，其沿程水头损失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=1.75~2.0)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：

        

          

          

式中  ，——分别为A点，B点的测压管水头，由压差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：

                       

式中  D——圆管内径；

      ——断面平均流速；

       V——运动粘度。

当Re<(下临界雷诺数)时，为层流，其中=2000~2320；

当Re>(上临界雷诺数)时，为紊流，其中=4000~12000。

三、  数据处理

1. 有关常数                         实验装置编号：No. 1    

管路直径： D = 1.0X m；

水的温度： T =   19.2   ℃；

水的密度： ρ= 998.39  kg/m³；

动力粘度系数：μ= 1.0249X Pas；

运动粘度系数：ν =1.0265X m²/s．

2. 实验数据记录

四、  实验步骤

1.      熟悉仪器，打开水泵开关启动抽水泵。

2.      向稳压水箱充水，使液面恒定，并保持少量溢流。

3.      在打开流量调节阀前，检查压差计液面是否齐平，则须排气。

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，用量筒量测水的体积，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，直到调至合适的压差，然后再反复步骤5，共测18组数据。

7.      测量水温，利用《水的密度和粘度表》（见附录B）查出动力粘度μ和密度ρ。

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。

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，同时在实验过程中针形阀不得逆转。

3.      当实验进行到过渡段和层流段时，要特别注意针型阀的调节幅度一定要小，是流量及压差的变化间隔小。

4.      实验点分配要合理，在层流段，紊流段各测5个点，在过渡状态测6~8个点。

六、  问题分析

1.      液体流动状态及其转变说明了什么本质问题？

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？

3.      为什么将临界雷诺数作为判断流态的准数？你的实验值与标准值是否接近？