管流流态实验(完成)

武汉大学教学实验报告

学院：水利水电学院 专业：水文与水资源 2013年4月26日 实验名称 管流流态实验 指导老师

陆晶 姓名

陈肖敏

年级

11级

学号

2011301580311

成绩

一：预习部分

1：实验目的 2:实验基本原理

3：主要仪器设备（含必要的元器件，工具）

一：目的要求

1.测定沿程水头损失与断面平均流速的关系，并确定临界雷诺数。

2.加深对不同流态的阻力和损失规律的认识。 二: 实验原理

1. 列量测段1-1与2-2断面的能量方程：

由于是等直径管道恒定均匀流，所以 v1=v2，a1=a2，hw(1-2)=hf(1-2)，即沿程水头损失等于流段 的测压管水头差:hf=(z1+p2/a)-(z2+p2/a) 断面1-1与2-2的测压管接读数为 h1 及h2 ，量测长度为L ，则水力坡度 J=(h1-h2)sina/L

2.用体积法测定流量. 利用量筒与秒表，得到量筒盛水的时间T 及T 时间内盛水的体积V 。则流量Q=V/T ，相应的断面平均流速v=Q/A 。

3．量测水温，查相关曲线得运动粘滞性系数或用下式计算：

V=0.01775/(1=0.0337t+0.000221t 2（cm 2/s ）

式中t 单位：℃

则可得到相应于不同流速时的雷诺数：Re=ud/v 三：实验仪器

设备如图2—13所示。另备打气筒一个，量筒一个，秒表一只，温度计一只（由实验小组向实验室借用）。

图2-13 管流流态试验简图

二：实验操作部分

1：实验数据，表格及数据处理 2：实验操作过程（可用图表示） 3: 结论

四：实验步骤

1.打开水箱下的进水阀向水箱充水，使水箱稍有溢水。再全开管道上的前阀与尾阀，以冲洗管道。

2.反复开关尾阀，排出管道中空气。

3.从紊流做到层流，将尾阀开到一定的开度，开始实验，待水流稳定后，测读 h1 ,h1、W, T 便完成了第一个测次。尔后逐次关小尾阀，重复上述操作与测读，一直做到管道出流几乎成滴淋状，方才做完了从紊流到层流的实验过程。

4.再从层流做到紊流，逐次开大尾阀，逐次测读（若时间有限，可不做此步骤）。

5.实验过程中，每半小时量测一次水温，取用水温平均值。

6.对实测数据进行分析计算，以logJ 为纵座标，以logv 为横坐标，在方格纸上点绘其关系曲线，再从该图上确定出临界流速值vk ，从而计算出临界雷诺数Rek 的值，并标明实验成果线段的坡度，即为本次实验的成果。

五:注意事项

1.应尽可能减少外界对水流的干扰，在实验过程中，要保持环境安静，不要碰撞管道以及与管道有联系的器件，要仔细轻巧地操作，尾阀开度的改变对水流也是一个干扰，因而操作阀门要轻微缓慢，而且切忌在关小的过程中有开大，或在开大的过程中有关小的现象发生。

2.尾阀开度的变化不宜过大。当接近临界区Rek=(2300～2000)，更要细心操作，一个单程的量测（从紊流到层流；或从层流到紊流），应做15～20个以上的测次，预计全部实测的雷诺数约在500～8000之间，但在雷诺数小于2500以下时约需10个测次才能保证实验成果比较完满。

3.每调节一次尾阀，必须等待3分钟，使水流稳定后，方可施测。

4.量测水温时，要把温度计放在量筒的水中来读数，不可将它拿出水面之外读数。

六：量测与计算 1．实验数据

管径d= 2 cm ； 管道过水面积A= 3.14 cm2； 量测段长度L=600 cm ；

水温t= 17.9 ℃； 运动粘性系数v= 0.011 cm2/s ，比压计倾斜率sin α=0.5 ;

。 2. 数据记录及计算表

22

11122212(12)22w p v p v z z h g g ααγγ-++=+++

`

3. 由表格做出logJ 与logv 关系曲线。

测次

比压计读数 水头

损失 hf cm

水力坡度 J

体积V cm3

时间 T （s ）

流量Q cm3/s

流速 V cm/s

Re

log J

log v

▽1 cm

▽2 cm

▽1-▽2 cm

1 25.70 5.30 20.40 10.20 0.01700 840 6.25 134.40 42.80 778

2 -1.770 1.631 2 24.12 7.31 16.81 8.41 0.01400 788 6.69 117.79 37.51 6820. -1.854 1.574

3 23.20 8.42 14.78 7.39 0.01200 735 6.65 110.53 35.20 6400 -1.921 1.547

4 22.63 9.29 13.34 6.67 0.01100 800 7.72 103.63 33.00 6000 -1.959 1.519

5 21.50 10.58 10.92 5.4

6 0,00910 868 9.31 93.23 29.69 5398 -2.041 1.473 6 20.68 11.72 8.96 4.48 0.00750 815 9.81 83.08 26,46 4810 -2.125 1.423

7 19.40 13.36 6.04 3.02 0.00500 770 11.53 66.7

8 21.27 3867 -2.301 1.328 8 18.78 14.20 4.58 2.2

9 0.00380 789 13.72 57.51 18.32 3331 -2.420 1.263 9 18.55 14.51 4.04 2.02 0.00340 798 14.84 53.77 17.12 3113 -2.469 1.234 10 18.20 15.05 3.15 1.58 0.00260 770 15.94 48.31 15.39 2798 -2.585 1.187 11 18.10 15.20 2.90 1.45 0.00240 845 18.53 45.60 14.52 2640 -2.620 1.162 12 17.50 15.90 1.60 0.80 0.00130 778 19.81 39.37 12.51 2275 -2.886 1.097 13 17.30 16.20 1.10 0.55 0.00092 859 25.75 33.36 10.62 1931 -3.036 1.026 14 17.29 16.30 0.99 0.50 0.00083 730 25.07 29.12 9.27 1686 -3.081 0.967 15 17.25 16.40 0.85 0.43 0.00072 705 27.44 25.69 8.98 1487 -3,143 0.953 16 17.20 16.55 0.65 0.33 0.00055 715 34.28 20.68 6,64 1208 -3.260 0.822 17

17.15

16.70

0.45

0.23

0.00038

718

45.84

15.66

4.99

907

-3.420

0.698

三： 实验效果分析（包括仪器设备等使用效果）

七、思考题

1、实验成果评价

答：当Re 大于上临界值时，处于紊流区，Re 小于下临界值时，处于层流区，Re 在二者之

间时，处于过渡区

2、为什么上下临界雷诺数不一样？

答：因为层流区和紊流区之间存在过渡区，此时两种流动都可能发生。 3、若将管道倾斜放置，对临界雷诺数是否有影响？为什么？

答：有影响，若将管道倾斜，使水头损失发生变化，水力坡度改变，图像也将变成曲线，

不容易确定临界值。

、

教师评语

指导教师 年 月 日