工程流体力学 流动状态实验

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（v）。2.绘制流态曲线（lghf-lgv）图，找出下临界点并计算临界雷诺数（Rec）的值。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。图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1.液体在统一管道中流动，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=1.75~2.0)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，且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：（1-6-1）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：（1-6-2）式中圆管内径；断面平均速度；运动粘度。当Re<Rec(下临界雷诺数)时，为层流，其中Rec=2000~2320；当Re>Rec(上临界雷诺数)时，为紊流，其中Re´c=4000~12000。四、实验要求1．有关常数：实验装置编号：No.6实验管内径：D=1.0×10-2m；水温：T=水的密度：=998.62kg/m3；动力粘度系数：=1.0559×10-3Pas；运动粘度系数：=1.0574×10-6m22．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次数/s1234567891011121314151617181920以其中一组数据写出计算实例。以第一组数据为例：流量由公式则断面的平均流速沿程水头损失雷诺数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。由图可得，下临界点为（23.097,1.9）,则临界速度vc=23.097×10-2m所以，临界雷诺数为五、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，使页面恒定，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。若不齐平，则需排气。4.将流量调节阀打开，直到流量最大。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高度。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，然后再重复步骤5，共测17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，要求稳压水箱始终保持少量溢出。2.本实验要求流量从大到小逐渐调整，同时在实验的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。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：说明了液体的流动存在阻力，层流状态时主要表现为液体的摩擦和变形，紊流状态时主要表现为液体质点的互相碰撞和掺混，临界状态则表现为层流到紊流的过渡。两种流态的转变说明了流体流动阻力从量变到质变的发展过程。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，临界流速有所不同，前者较大，后者较小，因此相应的临界雷诺数也不相同，通常工程中规定从紊流过渡到层流的较低临界值作为判别流态的依据，慢慢调节与中间不得逆转的目的是为了保持变化的连续性，所以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。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：因为在紊流状态下，惯性力占主要地位，雷诺数较大；层流状态下，惯性力