流体力学-流动状态实验报告最新版

1中国石油大学（华东）工程流体力学实验报告实验日期：2014.11.19成绩：班级：石工12-9学号：12021409姓名：陈相君教师：李成华同组者：王光彬，刘海飞实验六、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（fh）及断面的平均流速（v）；2．在双对数坐标上绘制流态（fh—v）曲线图，找出下临界点并计算临界雷诺数（Re）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.出水管2三、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)。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v1=v2。那么从A点到B点的沿程水头损失为hf，可由能流量方程导出：221122f12121212()()22()()pvpvhzzggppzzhhhh1、h2分别是A点、B点的测压管水头，由测压管中的两个测压管读出。3．雷诺数（ReynoldsNumber）判断流体流动状态。雷诺数的计算公式为：DvReD—圆管内径；v—断面平均速度；—运动粘度系数当cReRe（下临界雷诺数）为层流，cRe=2000~2320；当cReRe（上临界雷诺数）为紊流，cRe=4000~12000之间。四、实验要求1．有关常数：实验装置编号：No.7实验管内径：D=1.0cm；水温：T=20.1℃；水的密度：=0.998209g/cm3；动力粘度系数：=1.0026mPas；运动粘度系数：=0.01cm2/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：fh=h2-h1=53.0-11.9=41.1cm（2）运动粘度系数：=μ/ρ=1.0026/0.998209=0.01cm2/s（3）流量：Q=955/10.44=91.475cm3/s3（4）断面平均速度：v=Q/A=91.475/0.785=116.53cm/s（5）雷诺数：Re=Dv/υ=0.01*1.1653/0.000001=116533．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次数h1/cmh2/cmV/mlt/sQ/ml/sv/cm/shf/cmRe111.953.095510.4491.475116.5341.111653245.064.998517.5056.28671.719.971703576993021.9142.44654.07125407464.567.369.170.473.572.171.596031.0630.90839.3773937567.372.396036.3226.43233.6753367669.172.980535.3122.79829.043.82904770.473.376538.1220.06825.562.92556871.573.579042.0618.78323.9322393972.173.675544.9416.821.41.521401073.274.278069.3111.25414.34114341173.4574.360059.0710.15712.940.8512941273.974.556579.407.1169.060.6906137474.540566.96.0547.710.57711474.274.637090.534.0875.210.45211574.374.637598.873.7934.830.3483161718192044、在双对数坐标纸上绘制fhv的关系曲线图5、确定下临界点，找出临界点速度cv，并写出计算临界雷诺数cRe的过程。第6个点和第7个点之间发生弯曲，读出vc=21.4cv=21.4cm/scRe=Dv/υ=0.01*0.214/0.000001=2140五、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、；(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；52、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？答：液体有紊流和层流两种流态，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，不规则流动。2．为什么在确定下临界雷诺数cRe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：因为紊流和到层流的临界雷诺数与层流到紊流不同，顺序错误就会出现较大误差，因此不可逆。上临界雷诺数的范围太大，不稳定，而下临界雷诺数的范围在2000到2300之间，比较稳定，要尽量保证测到的值是下临界雷诺数。3．为什么将临界雷诺数cRe作为判断流态的准数？你的实测值与标准是否接近？答：在湍流状态下，惯性力占主导地位，雷诺数较大，在层流状态下，惯性力较弱，粘性力居主导地位，雷诺数较小。故用雷诺数判断流态，能同时反映流速，管径和流体物理性质三个方面对流态的影响，所以，雷诺数Re综合了影响流态的各种因素，反映了流体惯性力与粘性力的比值。实测值为2140，位于2000-2300之间。八、心得体会本次实验操作上比较困难，在观测Δh时，一定要看清是否到达试验点，随时算好是不是到了，否则会错过试验点，同时也要及时控制阀门，协作好坏直接影响了实验结果。在观察是否到达试验点时，要耐心观察。通过雷诺数的计算，我了解了判别流态的基本方法，掌握了如何量化流体的流态。