流动状态+石工1114+36+刘美华.doc

中国石油大学（华东）工程流体力学实验报告
实验日期： 2013-5-23 成绩：
班级： 石工11-14 学号：11073220 姓名： 刘美华 教师： 李成华
同组者： 朱光辉，赵超杰，刘文昌

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～ 2.0 ) 。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 ，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：

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：

—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. 1
实验管内径：D= 1.0 cm； 水温：T= 19.0 ℃；
水的密度：= 0.998 g/cm； 动力粘度系数：= 1.0299 mPas；
运动粘度系数：= 1.0320*10-2 cm2/s。

2、以表1-6-1中的任意一组数据为例 ，写出计算实例。
以第三组数据为例：
（1 ）水头损失： =h2-h1=69.5-57.5=12.2 cm

（2）运动粘度系数：=μ/ρ=1.0299/0.998*10-2=1.0320*10-2cm2/s

（3）流量：= V/t=785/19.66=39.93 ml/s

（4）断面平均速度：v = Q/A=4*Q/(πD2)=4*39.93/(3.1415*12)=50.83cm/s

（5）雷诺数：=Dv/ν=1*50.83/(1.0320*10-2)= 5039.14

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/cm
h2/cm
V/ml
t/s
Q/ml/s
v/cm/s
hf/cm
Re
1
15.9
56.6
990
11.32
87.46
111.3523
40.7
10789.95
2
46.5
66.5
675
13.00
51.92
66.11057
20
6406.06
3
58.2
70.4
785
19.66
39.93
50.83896
12.2
4926.26
4
64.9
72.5
810

25.66
31.57
40.19193
7.6
3894.57
5
67.8
73.4
580
22.37
25.93
33.01205
5.6
3198.84
6
70.0
73.9
560
25.72
21.77
27.72219
3.9
2686.26
7
71.4
74.2
435
21.03
20.68
26.33665
2.8
2552.00
8
72.4
74.4
510
27.75
18.38
23.4001
2
2267.45
9
73.0
74.6
535
32.43
16.50
21.00474
1.6
2035.34
10
73.9
75.0
540
43.72
12.35
15.72621
1.1
1523.86
11
74.2
75.1
490
46.63
10.51
13.37954
0.9
1296.47
12
74.5
75.2
820
95.00
8.63
10.99008
0.7
1064.93
13
74.8
75.4
595
88.15
6.75
8.594194
0.6
832.77
14
74.9
75.4
550
89.60
6.14
7.815651
0.5
757.33
15
75.1
75.5
595
124.84
3.75391
6.068393
0.4
588.02
16

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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。
=21.4cm/s
= Dv/ν=1*21.4/(1.0320*10-2)=2073.6

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：液体流动状态及其转变说明了流体流动质点之间相互作用的表现形式不同。
层流主要表现为液体质点间的摩擦和变形，而紊流主要表现为液体质点间的相互
撞击和掺混；过渡部分为临界状态。即：当流速很小时，粘性力较大，惯性力较
小，粘性力起了主导作用，雷诺数较小，流动表现为层流状态；当流速很大时，
粘性力较小，惯性力较大，惯性力起了主导作用，雷诺数较大，流动表现为紊流
状态。

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：因为从大流量到小流量的过程中，只要流速达到临界流速，其流动状态就会立即发生改变，而小流量到大流量的过程中，当流速达到临界流速时，由于惯性力比较小，流体质点无法发生横向运动，仍保持层流状态，致使临界流速有时能达到相当大数值，这会使测得的下临界雷诺数误差较大。故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。实验过程中逆转流量，会使过渡区的流动状态发生明显改变，并使得临界值变化，引入实验误差。不得逆转，有利于数据测量的准确性，并减小实验误差。

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：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。流体流动阻力产生的根本原因主要是由于流体本身的惯性和粘性，惯性力与粘性力的比可用雷诺数来表示，用雷诺数来判断流态，能同时反映出流速、管径和流体物理性质三方面对流态的影响，综合了引起流动阻力的内因和外因，揭示了流动阻力的物理本质。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。
本组实测值：=2073.6，在标准临界雷诺数所规定的范围：2000～2320以内，与理论值很接近。

八、心得体会
答：通过这次实验，我不仅学会了测定液体运动时的沿程水头损失（）及断面的平均流速（）的方法，绘制流态曲线（）图、找出下临界点、计算临界雷诺数（）的值的方法，还对流态的判别以及雷诺数有了更深刻的认识。
实验过程中，我们四个人紧密配合，认真操作，争取减少操作引起的实验误差。最后感谢老师的悉心指导。

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