流体力学流动状态

1、中国石油大学（华东） 流体力学 实验报告实验日期： 2011-11-11 成绩：班级： 信息09-3班 学号： 09071329 姓名： 姜宣羽 教师： 同组者： 何洋洋实验六、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（2.绘制流态曲线（二、实验装置本室验的装置如图6-1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。hf）及断面的平均流速（v）。 lghf-lgv）图，找出下临界点并计算临界雷诺数（Rec）的值。图6-1 流态实验装置；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

2、点是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阶段，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：vpvhf=(z1+1)-(z2+2+2)g2gg2gpp=(z1+1)-(z2+2)p122gg=h1-h2

3、=Dh （1-6-1）式中 h1，h2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：Re=Dvn （1-6-2）式中 D 圆管内径；V 断面平均流速；n 运动粘度。当当四、实验要求1有关常数： 实验装置编号：实验管内径：D= 1.0×10-2； 水温：T=水的密度：r= 998.11 kg/m3； 动力粘度系数：m= 0.9810×10-3Pa×s； 运动粘度系数：n= 0.9829×10-6m2/s。2实验数据记录处理见表6-1。表6-1 流动状态实验数据记录处理表 Re<Rec

4、（下临界雷诺数）时，为层流，其中Rec=20002320； Re>Rec'（上临界雷诺函数）时，为紊流，其中Rec'=400012000。以其中一组数据写出计算实例。以第四组数据为例：由Q=V得管内水流量 tQ 4 =V 950 ´ 10 - 6= = 36 . 012m 3 s t 26 . 38已知实验管内径，由v=Q，代入得： 21pDv4 =Q = 45 . 875 ´ 10 - 2 ms- 2 2 ´ 3 . 14 ´ (1 . 0 ´ 10 )4Dv最后由雷诺数Re的计算公式Re=n得- - 2 ´

5、2 Dv 1 .0 ´ 10 45 . 875 ´ 10= = = 3663 Re . 87- 6 n 0 . 9829 ´ 103要求：（1）在双对数坐标纸上绘制hf-v关系曲线图（2）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。 答：观察如上双对数曲线图变化趋势可知，层流到紊流变化的下临界点为（22.681，2.2）临界速度为vc=22.861´10-2m/s，由雷诺数计算公式Re=Dvn，1.0´10-2´22.861´10-2=2216.29 即Rec=-6n1.0315´10Dvc

6、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。若不平，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的时间，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的液面变化，直到调至合适的压差，然后再重复步骤5，公测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m和密度r。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.在实验的整个过程中，要求稳

7、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.实验点分配要合理，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：说明了流体阻力产生的根本原因，即流体流动的过程中，质点的摩擦所表现出的粘性和指点的撞击所表现出的惯性。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：因为当流体的流动状态在层流与紊流之间变化的过程中，雷诺数有一个变化过程，本实验需要确定流量由大到小变化时，层流与过渡状态界限处的下临界雷诺数，实验过程中逆转流量，会使得临界值变化，引入实验误差。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：因为在雷诺数规定的两种流动状态，分别由粘性与惯性作为阻力的主要部分，在临界雷诺数Rec前后，流体的流态变化明显，分为层流与紊流，因而利用临界雷诺数判断流体的流动状态。八、心得体会通过这次实验，我学会了如何测定液体运动时的沿程水头损失（hf）及断面的平均流速（v），和如何