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1、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（h f ）及断面的平均流速(v )。2绘制流态（lgh f lgv ）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. 试验管路 ；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、紊流两种流动状态。层流的特点是质点互不掺混，成线状流动。
2、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=1.752.0) 。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：由于实验管路管径不变 式中h1、h2 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雷诺数（Reynolds N
3、umber）判断流体流动状态。雷诺数的计算公式为：式中 D 圆管内径；v 断面平均速度； 运动粘度系数当ReRec（上临界雷诺数）为紊流，Rec=400012000四、实验要求1有关常数： 实验装置编号：No. 10 实验管内径：D= 1.010-2 m； 水温：T= 20 ；水的密度：= 998.23 kg/m3； 动力粘度系数：= 1.005010-3 Pas；运动粘度系数：= 1.0068 10-6 m2/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/s155.21899712.579.76106.357 37.210564 265.446.887516.3
4、853.4265.809 18.66536 368.756.29872342.9153.172 12.55281 471.363.995329.7232.0641.172 7.44089 572.367.488033.3426.3933.070 4.93285 673.169.376734.5922.17 28.247 3.82806 773.370.171834.0621.08 26.854 3.22667 873.370.579038.5620.49 26.099 2.82592 973.471.176839.4119.49 24.825 2.32466 1073.571.652227.8
5、818.72 23.851 1.92369 1173.772.356035.7515.66 19.955 1.41982 127472.954643.5612.53 15.967 1.11586 1374.273.456855.7910.18 12.969 0.81288 1474.373.755267.478.18 10.422 0.61035 1574.473.955580.156.92 8.821 0.5876 1674.474563102.95.47 6.970 0.4692 1774.674.35401304.15 5.292 0.3526 以其中一组数据写出计算实例。以第一组数据为
6、例：Q=V/t=99710-6 /12.50=83.4910-6m3/s v=Q/A=83.4910-6/(3.14*0.012/4)= 106.35710-2 m/s hf=h1-h2=55.2-18=37.210-2 m=0.01* 106.35710-2/（1.0068 10-6）=10564 3要求：（1）在双对数坐标纸上绘制关系曲线图（2）确定下临界点，找出临界点速度，并写出计算临界雷诺数的过程。 由上图得，临界速度vc=26.1010-2m/s =0.01 26.110-2 /(1.0068 10-6)=2592.4五、实验步骤 1熟悉仪器，打开开关水泵启动抽水泵；2向稳压水箱充水
7、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，直至流量最大；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；7测量水温，利用水的密度和粘温表（见附录B)查出动力粘度系数和密度；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，同时实验过程的中间针形
8、阀不得逆转；3、当实验进行到过渡区和层流时，要特别注意针形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5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：层流主要表现为液体质点的摩擦和变形；紊流主要表现为液体质点的相互撞击和掺混；过度段为临界状态。说明了流体流动质点之间相互作用的表现形式不同。2为什么在确定下临界雷诺数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：因为从紊流过渡到层流的临界速度比较稳定，更有实用意义。液体从层流过度到紊流和从紊流过渡到层流，临界流速有所不同，两者是不可逆过程。3为
9、什么将临界雷诺数作为判断流态的准数？你的实测值与标准是否接近？答：如果试验条件理想，水面稳定，临界流速可能达到相当大的数值，但是工程中管路都不会是平稳的，故规定从紊流过渡到层流的较低临界值做为判别流态的根据。 八、心得体会 本实验是验证液体在同一管道中流动,当速度不同时有层流和紊流两种流动状态。层流的特点是流动各质点互不掺混,成线状流动.紊流的特点是流体的各质点互相掺混,有脉动现象。需要注意的是在实验的整个过程中，要求稳压水箱始终保持少量溢出。本实验要求流量从大到小逐渐调整，同时在实验过程中针型阀不得逆转。当实验进行到过渡段和层流段时，要特别注意针型阀的调节幅度一定要小，使流量及压差的变化间隔小。实验点分配要合理，在层流段、紊流段各测5个点，在过渡段测6-8个点。
