1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實驗七 雷諾實驗一、實驗?zāi)康?、觀察液體流動時的層流和紊流現(xiàn)象。區(qū)分兩種不同流態(tài)的特征，搞清兩種流態(tài)產(chǎn)生的條件。分析圓管流態(tài)轉(zhuǎn)化的規(guī)律，加深對雷諾數(shù)的理解。2、測定顏色水在管中的不同狀態(tài)下的雷諾數(shù)及沿程水頭損失。繪制沿程水頭損失和斷面平均流速的關(guān)系曲線，驗證不同流態(tài)下沿程水頭損失的規(guī)律是不同的。進一步掌握層流、紊流兩種流態(tài)的運動學(xué)特性與動力學(xué)特性。3、通過對顏色水在管中的不同狀態(tài)的分析，加深對管流不同流態(tài)的了解。學(xué)習(xí)古典流體力學(xué)中應(yīng)用無量綱參數(shù)進行實驗研究的方法，并了解其實用意義。二、實驗原理1、液體在運動時，存在著兩種根本不同的流動狀態(tài)。當液體流速較小時，慣性力較小

2、，粘滯力對質(zhì)點起控制作用，使各流層的液體質(zhì)點互不混雜，液流呈層流運動。當液體流速逐漸增大，質(zhì)點慣性力也逐漸增大，粘滯力對質(zhì)點的控制逐漸減弱，當流速達到一定程度時，各流層的液體形成渦體并能脫離原流層，液流質(zhì)點即互相混雜，液流呈紊流運動。這種從層流到紊流的運動狀態(tài)，反應(yīng)了液流內(nèi)部結(jié)構(gòu)從量變到質(zhì)變的一個變化過程。液體運動的層流和紊流兩種型態(tài)，首先由英國物理學(xué)家雷諾進行了定性與定量的證實，并根據(jù)研究結(jié)果，提出液流型態(tài)可用下列無量綱數(shù)來判斷：Re=Vd/Re稱為雷諾數(shù)。液流型態(tài)開始變化時的雷諾數(shù)叫做臨界雷諾數(shù)。在雷諾實驗裝置中，通過有色液體的質(zhì)點運動，可以將兩種流態(tài)的根本區(qū)別清晰地反映出來。在層流中，有

3、色液體與水互不混慘，呈直線運動狀態(tài)，在紊流中，有大小不等的渦體振蕩于各流層之間，有色液體與水混摻。2、在如圖所示的實驗設(shè)備圖中，取1-1，1-2兩斷面，由恒定總流的能量方程知：因為管徑不變V1=V2 h所以，壓差計兩測壓管水面高差h即為1-1和1-2兩斷面間的沿程水頭損失，用重量法或體積濁測出流量，并由實測的流量值求得斷面平均流速，作為lghf和lgv關(guān)系曲線，如下圖所示，曲線上EC段和BD段均可用直線關(guān)系式表示，由斜截式方程得：lghf=lgk+mlgv lghf=lgkvm hf=kvm m為直線的斜率式中： 實驗結(jié)果表明EC=1，=45°，說明沿程水頭損失與流速的一次方成正比例

4、關(guān)系，為層流區(qū)。BD段為紊流區(qū)，沿程水頭損失與流速的1.752次方成比例，即m=1.752.0，其中AB段即為層流向紊流轉(zhuǎn)變的過渡區(qū)，BC段為紊流向?qū)恿鬓D(zhuǎn)變的過渡區(qū)，C點為紊流向?qū)恿鬓D(zhuǎn)變的臨界點，C點所對應(yīng)流速為下臨界流速，C點所對應(yīng)的雷諾數(shù)為下監(jiān)界雷諾數(shù)。A點為層流向紊流轉(zhuǎn)變的臨界點，A點所對應(yīng)流速為上臨界流速，A點所對應(yīng)的雷諾數(shù)為上臨界雷諾數(shù)。三、實驗設(shè)備下圖是流態(tài)實驗裝置圖。它由能保持恒定水位的水箱，試驗管道及能注入有色液體的部分等組成。實驗時，只要微微開啟出水閥，并打開有色液體盒連接管上的小閥，色液即可流入圓管中，顯示出層流或紊流狀態(tài)。圖7-1 自循環(huán)液體兩種流態(tài)演示實驗裝置圖1、自循

5、環(huán)供水器；2、實驗臺；3、可控硅無級調(diào)速器；4、恒壓水箱；5、有色水水管；6、穩(wěn)水孔板；7、溢流板；8、實驗管道；9、實驗流量調(diào)節(jié)閥供水流量由無級調(diào)速器調(diào)控，使恒壓水箱4始終保持微溢流的程度，以提高進口前水體穩(wěn)定度。本恒壓水箱還設(shè)有多道穩(wěn)水隔板，可使穩(wěn)水時間縮短到35分鐘。有色水經(jīng)水管5注入實驗管道8，可據(jù)有色水散開與否判別流態(tài)。為防止自循環(huán)水污染，有色指示水采用自行消色的專用有色水。四、實驗步驟1、開啟電流開關(guān)向水箱充水，使水箱保持溢流。2、微微開啟泄水閥及有色液體盒出水閥，使有色液體流入管中。調(diào)節(jié)泄水閥，使管中的有色液體呈一條直線，此時水流即為層流。此時用體積法測定管中過流量。3、慢慢加大

6、泄水閥開度，觀察有色液體的變化，在某一開度時，有色液體由直線變成波狀形。再用體積法測定管中過流量。4、繼續(xù)逐漸開大泄水閥開度，使有色液體由波狀形變成微小渦體擴散到整個管內(nèi)，此時管中即為紊流。并用體積法測定管中過流量。5、以相反程序，即泄水閥開度從大逐漸關(guān)小，再觀察管中流態(tài)的變化現(xiàn)象。并用體積法測定管中過流量。五、繪圖分析在雙對數(shù)紙上以V為橫坐標，hf為縱坐標，繪制lgVlghf曲線，并在曲線上找上臨界流速VK上，計算上臨界雷諾數(shù)REK上并定出兩段直線斜率m1，m2。將從圖上求得的m值與各流區(qū)m理論值進行比較，并分析不同流態(tài)下沿程水頭損失的變化規(guī)律。六、思考題1、液體流態(tài)與哪些因素有關(guān)?為什么外

7、界干擾會影響液體流態(tài)的變化?2、雷諾數(shù)的物理意義是什么？為什么雷諾數(shù)可以用來判別流態(tài)？3臨界雷諾數(shù)與哪些因素有關(guān)？為什么上臨界雷諾數(shù)和下臨雷諾數(shù)不一樣？4流態(tài)判據(jù)為何采用無量綱參數(shù)，而不采用臨界流速？5分析層流和紊流在動力學(xué)特性和運動學(xué)特性方面各有何差異？6為何認為上臨界雷諾數(shù)無實際意義，而采用下臨界雷諾數(shù)作為層紊流的判據(jù)？本實驗中如在相同條件下（環(huán)境、溫度、儀器設(shè)備等）測出下臨界雷諾數(shù)與所測上臨界雷諾數(shù)有何異同？為什么？柏努利實驗一、實驗?zāi)康膌、研究流體各種形式能量之間關(guān)系及轉(zhuǎn)換，加深對能量轉(zhuǎn)化概念的理解; 2、深入了解柏努利方程的意義。二、實驗原理l、不可壓縮的實驗液體在導(dǎo)管中作穩(wěn)定流動時

8、，其機械能守恒方程式為：（1）式中：ul、u2一分別為液體管道上游的某截面和下游某截面處的流速，ms； P1、P2一分別為流體在管道上游截面和下游截面處的壓強，Pa； zl、z2一分別為流體在管道上游截面和下游截面中心至基準水平的垂直距離，m; 一流體密度，Kgm； We液體兩截面之間獲得的能量，JKg; g一重力加速度，ms2； hf一流體兩截面之間消耗的能量，JKg。2、理想流體在管內(nèi)穩(wěn)定流動，若無外加能量和損失，則可得到：（2）表示1kg理想流體在各截面上所具有的總機械能相等，但各截面上每一種形式的機械能并不一定相等，但各種形式的機械能之和為常數(shù)，能量可以相互轉(zhuǎn)換。3、 流體靜止，此時得

9、到靜力學(xué)方程式：（3）所以流體靜止狀態(tài)僅為流動狀態(tài)一種特殊形式。三、實驗裝置及流程試驗前，先關(guān)閉試驗導(dǎo)管出口調(diào)節(jié)閥，并將水灌滿流水糟，然后開啟調(diào)節(jié)閥，水由進水管送入流水槽，流經(jīng)水平安裝的試驗導(dǎo)管后，試驗導(dǎo)管排出水和溢流出來的水直接排入下水道。流體流量由試驗導(dǎo)管出口閥控制。進水管調(diào)節(jié)閥控制溢流水槽內(nèi)的溢流量，以保持槽內(nèi)液面穩(wěn)定，保證流動系統(tǒng)在整個試驗過程中維持穩(wěn)定流動。d=18mmd=30mm圖 1 柏努利實驗裝置圖 四、實驗內(nèi)容（一）演示1、靜止流體的機械能分布及轉(zhuǎn)換將試驗導(dǎo)管出口閥全部關(guān)閉，以便于觀察（也可在測壓管內(nèi)滴入幾滴紅墨水），觀察A、B、C、D點處測壓管內(nèi)液柱高低。2、一定流量下流體

10、的機械能分布及轉(zhuǎn)換緩慢調(diào)節(jié)進水管調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)流量使溢流水槽中有足夠的水溢出，再緩慢慢開啟試驗導(dǎo)管出口調(diào)節(jié)閥，使導(dǎo)管內(nèi)水流動（注意出口調(diào)節(jié)閥的開度，在實驗中能始終保持溢流水槽中有水溢出），當觀察到試驗導(dǎo)管中部的兩支測壓水柱略有差異時，將流量固定不變，當各測壓管的水柱高度穩(wěn)定不變時，說明導(dǎo)管內(nèi)流動狀態(tài)穩(wěn)定。可開始觀察實驗現(xiàn)象。3、不同流量下穩(wěn)定流體機械能分布及轉(zhuǎn)換連續(xù)緩慢地開啟試驗導(dǎo)管的出口閥，調(diào)節(jié)出口閥使流量不斷加大，觀察A、B、C、D處測壓管內(nèi)液柱變化。（二）實驗1、流量一定，確定流體各截面靜壓能接演示部分，試驗導(dǎo)管內(nèi)流量達到穩(wěn)定后，取一量筒和秒表，在導(dǎo)管出口，用體積法測流量，并對壓差計讀數(shù)進

11、行校核看是否與式（2）計算結(jié)果相等。五、實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)處理1、實驗設(shè)備基本參數(shù) dl=30 mm ， d2=18 mm2、實驗數(shù)據(jù)記錄及整理表1 實驗記錄表序號H,h1 h2h3h4h5 h6 h7 h8 V，mlt,s133253380331033103310332032503320100014.53233103370331033103290330032203300100013.72332003300320032103200320531003190100011.831、計算壓強：由壓強換算公式: 得： 例：3325=2、計算速度：由 公式得：列舉序號1計算如下：表2 實驗結(jié)果整理表序號靜壓強

12、，Pa1326163246932469318800.097360.27652324693246932273315560.10310.28643313903139031390304090.11960.3322由核算A與B、C與D是否與上式相等當液體流經(jīng)的系統(tǒng)為一水平裝置的管道時，由于A點與B點高度，即,可簡化為由得只需核算是否相等即可可知，A點截面靜壓能和B點截面靜壓能并不相等。同上，分別核算同一高度A與B和同一高度的C與D，是否相等，并將結(jié)果列于下表：序號靜+動壓頭，132.65432.474232.51032.474331.44531.397表三 核算結(jié)果序號靜+動壓頭，132.47431.

13、918232.27831.627331.39730.464 由上表比較得，同一高度下的兩點截面靜壓能并不相等。6、 實驗結(jié)果與總結(jié) 由上表比較得，同一高度下的兩點截面靜壓能并不相等，該式是理想流體在管內(nèi)穩(wěn)定流動，無外加能量和損失情況下可相等，實際流體在管內(nèi)流動時有流動阻力、管壁摩擦力等阻力存在，不能做到完全相等，但結(jié)果相近。對于實際流體Hf >0，則各截面的機械能之和必隨流過距離的增加而減小，之間的差值即為阻力損失壓頭。 實際流體流動過程中的各種阻力均與流速有關(guān)。 實驗注意事項 1. 本實驗裝置系演示儀器，因此所測得的數(shù)值精確度較差，但在一定情況下仍能定量地說明問題。 2高位槽的水位一定要和溢流口相齊，否則流動不穩(wěn)定，造成很大實驗誤差。 3若管內(nèi)或各測壓點處有氣泡，要及時排除以提高實驗的準確性。 4有的標尺固定不緊，因振動會上下移動，應(yīng)及時予以調(diào)整。 5測壓孔有時會被堵塞，造成測壓管液位升降不靈，此時可用吸球在測壓孔上端吸放幾次即可疏通。七、思考題1、管內(nèi)的空氣泡會干擾實驗現(xiàn)象，請問怎樣排除?答：調(diào)節(jié)流量，調(diào)節(jié)壓力，但不超過最大壓力。2、實驗結(jié)果是否與理論結(jié)果相符合？解釋其原因。答：不相符，