流动状态的实验报告

中国石油大学（华东） 流体力学实验 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)(f h 及断面的平均流速)(v ；

2.绘制流态曲线)lg (lg v h f 图，找出下临界点并计算临界雷诺数）

（c

Re 的值。

二、实验装置

流动状态室验的装置如图1-6-1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

1.液体在同一管道中的流动，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。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 次方成正比)0.275.1(-=m 。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的关系与层流、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21

v v =。那么从A 点到B

点的沿程水头损失为

f h ，可由流量方程导出：

h

h h p

z p z g v p z g v p z h f ∆=-=+-+=++-++=2

1

2

2

1

1

2

2

2

2

2

1

1

1

)()()

2()2(γγγγ

2

1

h h 、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.根据雷诺数判断流体流动状态。雷诺数的计算公式为：

ν

Dv =

Re

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，23202000Re ～=c ； 当c e R Re '>（上临界雷诺数）为紊流，120004000e R ～='c

之间。

四、实验要求

1．有关常数： 实验装置编号：No. 5

实验管内径：D = 1.0×10-2 m ； 水温：T = 17.0 ℃；

水的密度：ρ= 998.8 kg/m 3

；动力粘度系数：μ=1.0828×106

-Pa ⋅s ； 运动粘度系数：ν= 1.0841×106

-m 2/s 。

2．实验数据记录处理见表6-1。

已知:m 10.01D 2-⨯=; ν=s /m 100841.12

6-⨯;m h 2

110

7.65-⨯=;

m h 22104.46-⨯=;3610995m V -⨯=;s t 56.18=

s m /1061.5356.1810995t V Q 366

--⨯=⨯==;

;m 105.871.004

415

.13D 4

A 25-22⨯=⨯=

=

π

s m A Q v /1026.6810

85.71061.5325

6---⨯=⨯⨯== ;103.19104.46107.6522221m h h h f ---⨯=⨯-⨯=-=

6296.3010

0841.11026.6801.06

2

=⨯⨯⨯==--νDv

R e

3．要求：

（1）在双对数坐标纸上绘制f h v -关系曲线图

（2）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。 通过观察曲线，看到第七和第八个实验点之间是直线发生了弯曲，则下临界

点速度m/s 10242

c -⨯=v

82.221310

0841.1102401.06

2

=⨯⨯⨯==--νc ec Dv R

f -lgv）图

0.1

110

100

1.00

10.00

100.00

1000.00v/(×10-2m/s)

f /(×10

-2

m )

f -lgv）图

0.1

110

100

1.00

10.00

100.001000.00

-2

m/s)

h f /(×10-2m )

流态曲线（lgh f -lgv）图

0.1

1

10100

1.0010.00100.001000.00

-2

m/s)f /(×10

-2

m )

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，使液面恒定，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。若不平，则须排气。

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.关闭水泵电源和流量调节阀，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流。

2.本实验要求流量从大到小逐渐调整，同时在实验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，使流量及压差的变化间隔小。

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:液体流动状态有紊流和层流，层流时，液体质点互不掺混，呈线状流动，紊流时液体质点互相掺混。

随速度的变化时，液体流动状态发生改变。紊流时，表现为流体质点的相互撞击和掺混，以惯性力为主；而层流时，主要表现为液体指点的摩擦和变形，以粘性力为主。液体流动状态的改变实质上是液体内的主导作用力发生了变化，如流体从层流变为紊流，液体内的主要作用力从粘性力变成了惯性力。两种流态的转化说明了流体流动阻力从量变到质变的发展过程，通过临界状态产生质的飞跃。 2．为什么在确定下临界雷诺数c Re 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：因为下临界雷诺数c Re 是液体从紊流过渡到层流的临界值，管流从大流量到小流量时，e R 逐渐减小，从紊流过渡到层流，直至到达临界，测出c Re 。 因为从紊流到层流与从层流到紊流的临界流速是不同的，即下临界雷诺数与上临界雷诺数是不同的，若中间逆转，就混乱了上临界雷诺数与下临界雷诺数，从而是测量结果有很大的误差。所以在确定下临界雷诺数c Re 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。