流动状态+石工11021029+29+李天银.doc

中国石油大学（华东）工程流体力学实验报告
实验日期： 2013.5.15 成绩：
班级： 石工11-1 学号： 11021029 姓名： 李天银 教师： 郑海成
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（）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。 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. 12
实验管内径：D= 1.0 cm； 水温：T= 20.5 ℃；
水的密度：= 0.99813 g/cm； 动力粘度系数：= 0.9930 mPas；
运动粘度系数：= 0.9949×10-2 cm2/s。

2、以表1-6-1中的任意一组数据为例 ，写出计算实例。
（1 ）水头损失：= h1-h2=57.5-16.3=41.2cm

（2）运动粘度系数：=/=（0.9930÷0.99813）×10-2=0.9949×10-2 cm2/s

（3）流量：= V/t=925/12.75=78.04 ml/s

4）断面平均速度：v =Q/A=78.04×4÷3.14=99.364 cm/s

（5）雷诺数：=1×99.364/（0.9949×10-2）= 9987

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
57.5
16.3
925
11.53
78.04
99.364
38.9
9987
2
68.1
50.2
910
18.53
59.86
76.216
24.7
7661
3

71.2
60.4
950
25.50
45.48
57.907
14.8
5820
4
72.6
65.3
930
30.29
36.50
46.473
10.1
4671
5
73.4
68.1
935
37.28
32.43
41.291
8.1
4150
6
73.9
70.2
740
34.06
27.55
35.078
5.9
3526
7
74.2
71.4
745
39.13

23.15
29.475
4.1
2963
8
74.3
72.2
725
41.22
21.25

27.056
3.0
2719
9
74.4
72.9
710
45.50
19.16
24.395
1.9
2452
10
74.6
73.6
750
66.72
17.95
22.855
1.5
2297
11
74.6
73.8
525
48.22
15.18
19.328
1.2
1943
12
74.7
74.1
520
62.56
13.08
16.654
1.0
1674
13
74.8
74.3
530
67.94
10.38
13.216
0.8
1328
14
74.9

74.5
530
86.88
7.77
9.893
0.5
994
15

16

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4、在双对数坐标纸上绘制的关系曲线图

图3-2 hf-v关系图
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。
由上图得，下临界点选在lgV=1.36处

=22.855 cm/s
=1×22.855 /（0.9949×10-2)= 2297
实验结果在理论值Rec=2000～2300内，与理论值较吻合，实验误差在合理范围内。

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 过渡区 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：说明流体的状态没有明显的界限，在流速、管径和物理性质的综合影响下，流体的流动状态可以相互转变。

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，临界雷诺数不同，前者较大，称为上临界雷诺数，上临界雷诺数不稳定，而后者较小，称为下临界雷诺数。下临界雷诺数较稳定，一般在2000~2320范围之间，所以用下临界雷诺数判定得到的结果比较准确。因而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：因为流体流动阻力产生主要是由于流体本身的惯性和粘性，而惯性力与粘性力的比可用雷诺数表示，紊流状态下，惯性力占主要地位，雷诺数较大；层流状态下，惯性力较弱，粘性力占主要地位，雷诺数较小，故用雷诺数来判断流态，能同时反应出流速、管径和流体物理性质三方面对流态的影响。

八、心得体会
在本次实验的学习中，我明白了合理的分工与合作在实验中的重要性，好的合作能提高实验完成效率和完成质量。在实验过程中，我了解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 ，同时我又了解了雷诺数与液体流速的关系以及雷诺数的计算方法，并且学会了用双对数方法制图，使得实验结果更直观易懂。
但是在实验的时候没有按要求取点，导致最后一个点的读数错误，在以后的实验中我不会再犯这样子的错误。
最后感谢老师的耐心指导才能是我顺利的完成实验！
祝老师工作顺利，万事如意！

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