化工原理实验思考题答案Word

化工原理实验思考题

实验一：柏努利方程实验

1． 关闭出口阀，旋转测压管小孔使其处于不同方向（垂直或正对流向），观测并记录各测压管中

的液柱高度H 并回答以下问题：

（1） 各测压管旋转时，液柱高度H 有无变化？这一现象说明了什么？这一高度的物理意义是什

么？

答：在关闭出口阀情况下，各测压管无论如何旋转液柱高度H 无任何变化。这一现象可通过柏努利方程得到解释：当管内流速u =0时动压头02

2

==u H 动

，流体没有运动就不存在阻力，即Σh f =0，由于流体保持静止状态也就无外功加入，既W e =0，此时该式反映流体静止状态 见（P31）。这一液位高度的物理意义是总能量（总压头）。

（2） A 、B 、C 、D 、E 测压管内的液位是否同一高度？为什么？

答：A 、B 、C 、D 、E 测压管内的液位在同一高度（排除测量基准和人为误差）。这一现象说明各测压管总能量相等。

2． 当流量计阀门半开时，将测压管小孔转到垂直或正对流向，观察其的液位高度H /

并回答以下问

题：

（1） 各H /

值的物理意义是什么？

答：当测压管小孔转到正对流向时H /值指该测压点的冲压头H /冲；当测压管小孔转到垂直流向时H

/

值指该测压点的静压头H /静；两者之间的差值为动压头H /动=H /冲-H /

静。

（2） 对同一测压点比较H 与H /

各值之差，并分析其原因。

答：对同一测压点H ＞H /值，而上游的测压点H /值均大于下游相邻测压点H /

值，原因显然是各点总能量相等的前提下减去上、下游相邻测压点之间的流体阻力损失Σh f 所致。

（3） 为什么离水槽越远H 与H /

差值越大？

（4） 答：离水槽越远流体阻力损失Σh f 就越大，就直管阻力公式可以看出2

2

u d l H f ⋅⋅=λ与管

长l 呈正比。

3. 当流量计阀门全开时，将测压管小孔转到垂直或正对流向，观察其的液位高度H //

并回答以下问题：

（1） 与阀门半开时相比，为什么各测压管内的液柱高度H //

出现了变化？

答：从采集的数据可以看出，阀门全开时的静压头或冲压头与半开时相比，各对应点的压头均低于半开时的静压头或冲压头，因为直管阻力Hf 与流速呈平方比（公式3-1）。 （2） 为什么C 、D 两点的静压头变化特别明显？

答：由于测压管C 、D 两点所对应的管道内径小于两侧为φ12mm ，因此在相同流量的条件下C 、D 两点所对应的管道内的流速大于两侧的流速，根据柏努利方程机械能守恒定律，当C 、D 两点的动

能2222d c u u =＞2

2

ab u 时， C 、D 两点的静压能ρcd p ＜ρab p 。此外从22

u d l H f ⋅⋅=λ直管阻力公式可

以看出， l 、d 产生的阻力损失Σh f 对C 、D 两点的静压能也有一定的影响。

4. 计算流量计阀门半开和全开A 点以及C 点所处截面流速大小。

答：注：A点处的管径d=0.0145(m) ;C点处的管径d=0.012(m)

A 点半开时的流速： 135.00145.036004

08.0360042

2=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=

ππd Vs u A 半 （m/s ） A 点全开时的流速： 269.00145.036004

16.0360042

2=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=ππd Vs u A 全 （m/s ）

C 点半开时的流速： 1965.0012.036004

08.0360042

2=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=ππd Vs u c 半 （m/s ） C 点全开时的流速： 393.0012

.036004

16.0360042

2=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=

ππd Vs u c 全 （m/s ）

实验二：雷诺实验

1. 根据雷诺实验测定的读数和观察流态现象，列举层流和湍流临界雷诺准数的计算过程，并提供

数据完整的原始数据表。

答：根据观察流态，层流临界状态时流量为90（ l/h ）

体积流量： )/(105.236001090353

s m V s --⨯=⨯=

流速： )/(1514.00145

.04105.225s m A V u s =⨯⨯⨯==-π 雷诺准数： 197310

111.173

.9981514.00145.0Re 3

=⨯⨯⨯=

=

-μ

ρ

du 根据观察流态，湍流临界状态时流量为174（ l/h ）

体积流量： )/(1083.4360010174353

s m V s --⨯=⨯=

流速： )/(29269.00145.041083.42

5s m A V u s =⨯⨯⨯==-π

雷诺准数： 381510

111.173

.99829269.00145.0Re 3

=⨯⨯⨯=

=

-μ

ρ

du 同理，根据雷诺实验测定的读数计算其余各点的流量、流速和雷诺准数如原始数据表所述。

2． 根据实验观察到的流态，层流和湍流临界雷诺准数值与公认值有无差距？原因何在？

答：略有差距。主要原因在于实验设备测量精度和测量稳定性不高，其次是流态显色墨水的注入量控制不当以及人为干扰产生的震动等。

3． 根据雷诺准数表示式，你认为在什么条件下可以只用流速来判断流动型态（如层流、湍流）？ 答：根据雷诺准数的四个影响因素：d 、u 、ρ、μ可知，在同一台实验装置（即 管径d ，且管子不变），水的温度不变（即 水的密度和黏度不变）以及测试的人为环境不变时，可以依据前次的实验结果判断流态。

实验三 管道流体阻力的测定

1． 测得水银—水差压计的读数为R f （mHg ），证明R f 与阻力的关系为：H f =12.6R f ·g （J/kg ）

答：设环境温度为20℃，水银的密度ρHg =13590（kg/m 3）水的密度ρH2O =998.2（kg/m 3

） 证明如下： g R g R g R H f f f B B A f ⋅=⋅⋅-=⋅⋅-=

6.122

.9982

.99813590ρρρ 2. 紧靠孔板流量计前后测得的压差，是否代表流体通过流量计的永久阻力损失？为什么？