流动状态实验
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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（v h f lg lg ）图，找出下临界点并计算临界雷诺数（c Re ）的值。
二、实验装置
本室验的装置如图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.液体在同一管道中流动，当速度不同时有层流、紊流两种状态。层流的特点是流体各质点互不掺混，成线状流动。紊流的特点是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 （m=1.75~2.0）次方成正比。层流与紊流之间存在一个过渡阶段，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A 点、B 点的断面平均流速相等，即21v v =。这时从A 点到B 点的沿程水头损失f h 可由能量方程导出：
h
h h p z p z g
v p z g
v p z h f ∆=-=+
-+
=+
+
-+
+=212
21
12
2
2
22
1
1
1)
()()
2()2(γ
γ
γ
γ
（1-6-1）
式中 1h ，2h ——分别为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Re 的计算公式为：
ν
Dv
=
Re （1-6-2）
式中 D — 圆管内径； V — 断面平均流速； ν — 运动粘度。
当c Re Re <（下临界雷诺数）时，为层流，其中3202~0002Re =c ； 当'Re Re c >（上临界雷诺函数）时，为紊流，其中00012~0004'Re =c 。
四、实验要求
1．有关常数： 实验装置编号：No. 12
实验管内径：D = 1.0×10-2 m ； 水温：T = 19.0 ℃；
水的密度：ρ= 998.43 kg/m 3； 动力粘度系数：μ= 3100299.1-⨯Pa ⋅s ； 运动粘度系数：ν= 6
100315.1-⨯m 2/s 。
2．实验数据记录处理见表6-1。
表6-1 流动状态实验数据记录处理表
次数
1h
-2
/(10m )
2h
-2
/(10m )
V
-6
3
/(10m )
t /s
Q
-6
3
/(10m /s)
v
-2
/(10m/s)
f h
-2
/(10m )
Re
1 55.
2 18.5 815 10.18 80.06 101.986 36.7 9887.15 2 66.2 49.6 530 10.0
3 52.8
4 67.314 16.6 6525.83 3 68.2 55.6 454 10.19 44.5
5 56.75
6 12.6 5502.28 4 70.0 61.3 373 9.90 37.68 47.996 8.
7 4653.02 5 72.1 67.5 27
8 10.06 27.63 35.203 4.6 3412.78 6 72.8 69.0 247 10.0
9 24.48 31.184 3.8 3023.20 7 73.2 70.6 217 10.13 21.42 27.289 2.2 2645.52 8 73.3 71.5 187 10.03 18.64 23.750 1.8 2302.51 9 73.4 71.8 180 10.03 17.95 22.861 1.6 2216.32 10 73.4 72.0 168 10.09 16.65 21.210 1.4 2056.27 11 73.6 72.5 140 10.00 14.00 17.834 1.1 1728.98 12 73.8 73.0 113 10.00 11.30 14.395 0.8 1395.53 13 73.8 73.2 143 15.12 9.46 12.048 0.6 1168.01 14 74.0 73.5 118 14.94 7.90 10.061 0.5 975.42 15 74.0 73.6 133 20.04 6.64 8.454 0.4 819.62 16 74.0 73.8 100 20.00 5.00
6.369
0.3 617.49
17 18 19 20
以其中一组数据写出计算实例。
以第一组数据为例：
由t
V Q =
得管内水流量
s m
t V Q 3
6
106.8018
.1010815=⨯==
-
已知实验管内径，由2
4
1D
Q
v π=
，代入得：