石油大学 流动状态实验答参考案

中国石油大学（华东）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（hf）及断面的 平均流速 ；

2．在双对数坐标上绘制流态（hf—v）曲线图，找出下临界点并计算 雷诺数 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. 稳压水塔 ；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

1

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。 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 平方 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hf，可由能流量方程导出：

v12p2v22hf?(z1??)?(z2??)?2g?2g

pp?(z1?1)?(z2?2)?h1?h2??hp1??h1、h2分别是A点、B点的测压管水头，由 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：

Re?Dv

D—圆管内径；v—断面平均速度；?—运动粘度系数

当Re?Rec（下临界雷诺数）为层流，Rec=2000~2320；

??=4000~12000之间。 ?（上临界雷诺数）为紊流，Rec当Re?Rec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= 20.0 ℃；

水的密度：?= 0.9982 g/cm； 动力粘度系数：?= 1.004 mPa?s；

运动粘度系数：?= 0.01006 cm2/s。

2、以表1-6-1中的任意一组数据为例 ，写出计算实例。

（1 ）水头损失：hf=

h2?h1?55.7?17.7?38cm

-4（2）运动粘度系数：?=1.006?10cm/s （3）流量：Q=V/t=975/12.34=79.01ml/s

（4）断面平均速度：v =4Q/?d=4*79.01/(3.14*1*1)=100.6003cm/s （5）雷诺数：Re=v*d/?=100.6003*1/1.006?10=10000.0

-42

2

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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 h1/cm h2/cm V/ml t/s Q/ml/s v/cm/s hf/cm Re 17.7 43.4 54.1 63.8 66.9 69.3 70.2 71.5 72.2 73 73.3 73.6 73.9 74 74.1 55.7 64.1 68 71.2 72.2 73 73.2 73.5 73.7 74 74.2 74.2 74.4 74.4 74.4 975 950 935 970 910 800 800 700 720 705 590 575 540 415 435 12.34 16.62 20.75 30.69 34.37 36.90 39.37 38.97 47.10 58.18 58.10 68.22 78.13 71.68 93.72 79.011345257.160048145.060240931.606386426.476578421.6802168 20.320040617.962535215.2866242 12.117566110.15490538.42861331 6.91155766 5.789620534.64148527 25.1538 0092718.1920.7 4608714.3413.9 3120410.067.4 062548.4275.3 756806.9013.7 02746 6.4683 069935.7172 652654.8651.5 883693.8571 141173.2320.9 406812.6820.6 910982.2000.5 01717 1.8420.4 893481.4770.3 43067 10000.03687 7234.436869 5703.029987 4000.248685 3350.996741 2743.9473 2571.79719 2273.42054 1934.745007 1533.654543 1285.251219 1066.763813 874.758318 732.7608291 587.4475845 4、在

双

对

数

坐

标

纸

上

绘

制

hf?v的

3

5、确定下临界点，找出临界点速度vc，并写出计算临界雷诺数Rec的过程。

vc=5.717cm/s

Rec=vd/?=5.717*1/1.006?10-4=2273.42

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时间,同时读取压差计的液柱标高.

( 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 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：液体流动状态及其转变说明了，液体流动受到流动阻力的影响。引起流动阻力的内因是流体本身的惯性和粘性，外因是管径、流速。而并非只与流速有关。

2．为什么在确定下临界雷诺数Rec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：从层流过渡到紊流与从紊流过渡到层流，临界流速不同，前者较大，后者较小。从大流量到小流量慢慢调节，从紊流过渡到层流，才能得到下临界雷诺数。从紊流过渡到层流，惯性影响不会很快减弱，数值变化相对平稳。由于工程管路的不平稳，上临界数变化大， 下临界雷诺数相对稳定，因此选下临界雷诺数作为判别依据。中间不能逆转是因为上下临界流速不同，因此正传和反转数值不对称，就会造成误差，实验结果不精确，可能得不到正确的雷诺数。

4

3．为什么将临界雷诺数Rec作为判断流态的准数？你的实测值与标准是否接近？

答：当变换管径或变换流动介质时，临界流速就要发生变化。因此，用临界流速判别流态不全面。而雷诺数Re是一个综合反映流动流体的速度、流体的性质以及管径的无量纲数。雷诺数Re实际上表征了流动流体的惯性和粘性的比值。

考虑到流动阻力产生的内因是：流体质点相互摩擦所表现的粘性以及质点碰撞所表现的惯性。因此采用雷诺数这一无量纲数来判别流态，进而研究流动阻力的计算方法，是合理的。不同的流体，不同的直径管路，虽然临界流速不同，但临界雷诺数大致相同，进一步说明了用临界雷诺数作为判断流态的准数的可靠性。 实测值2273.42，在理论的2000-2300之间。

八、心得体会

通过本次流动状态实验，在理论学习的基础上，利用流态实验装置研究了流速与沿程阻力的关系。首先通过老师的讲解理解实验内容，然后自己小组亲自去完成实验。因为老师讲解的详细，实验进行的非常顺利，很快便完成了整个实验。

这次的实验，也让我明白做事之前最重要就是进行充分准备，准备充分了事情将会顺利进展，取得预想的效果。这个道理让我受益匪浅，并且将指导我日后的生活实践。

5

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/akqg.html