流动状态

中国石油大学（华东）工程流体力学实验报告

实验日期：2016.04.18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

h）及断面的平均流速（v）；

1．测定液体运动时的沿程水头损失（

f

h—v）曲线图，找出下临界点并计算临界雷诺数（Re）2．在双对数坐标上绘制流态（

f

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. 排水管

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v 1=v 2。那么从A 点到B 点的沿程水头损失为h f ，可由能流量方程

导出：

22

1

122f 12121212()()

22()()p v p v h z z g g

p p

z z h h h

γγγγ

=++-++=+-+=-=∆

h 1、h 2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：

Dv Re ν

=

D —圆管内径；v —断面平均速度；ν—运动粘度系数

当c Re Re <（下临界雷诺数）为层流，c Re =2000~2320；

当c

Re Re '>（上临界雷诺数）为紊流，c Re '=4000~12000之间。 四、实验要求

1．有关常数： 实验装置编号：No. 4

实验管内径：D = 1.0 cm ； 水温：T = 16.8 ℃；

水的密度：ρ= 0.998834 g/cm 3； 动力粘度系数：μ= 1.08846 mPa ⋅s ； 运动粘度系数：ν= 0.010897 cm 2/s 。

2、以表1-6-1中的任意一组数据为例 ，写出计算实例（包含计算公式、数据及结果）。

（1 ）沿程水头损失：f h =h2-h1=54.6-12.1=42.5cm

（2）运动粘度系数：ν=μ/ρ=1.08846÷0.998834*10-2=0.010897cm 2

/s

（3）流量：Q =V/t=1000/12.69=78.80ml/s

（4）

断面平均速度：v =Q /A=78.80/(3.14*12

)=25.10cm/s

（5）雷诺数：Re=dv/ =1*25.10/0.010897=2303.04 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

4、在双对数坐标纸上绘制f h v -的关系曲线图

5、确定下临界点，找出临界点速度c v ，并写出计算临界雷诺数c Re 的过程。

c v =21.794m/s

c Re =Re =dv/ν=1*21.794/0.010897=2000

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ρ、μ； ( 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？

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。也即当流速很小时，粘性力较大，惯性力较小，粘性力起了主导作用，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，流动表现为紊流状态。

Re的实验过程中要求从大流量到小流量慢慢调节，且中间2．为什么在确定下临界雷诺数

c

不得逆转？

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，且中见不可逆转。这更有有利于数据的测量和提高实验的成功率。

Re作为判断流态的准数？你的实测值与标准是否接近？

3．为什么将临界雷诺数

c

因为当变换管径或变换流动介质时，临界速度会发生变化。因而用临界速度来判别流态是不全面的。根据相似原理想到可以通过雷诺数来判断流态，反应了流速、管径和流体物理性质对流态的影响，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。

我组的测量值与标准值接近，Re=2164 在cRe=2000——2300之间

八、心得体会

通过本实验，我学会了测定液体运动时的沿程水头损失和测定水平流速的方法。并学会了如何绘制流态曲线图，并且找出了下临界点和计算出了雷诺数值。通过本次实验，我学会了不少实用的知识和技能，培养了我在实验中思考分析问题的能力，提高了自己的动手能力和团队合作能力，培养的理论结合实际的能力，使我受益匪浅。