實驗一雷諾實驗

一、實驗目的與要求

1、了解流體的流動形態(tài)：觀察實際的流線形狀，判斷其流動形態(tài)的類型；

2、熟悉雷諾準數(shù)的測定和計算方法；

3、確立“層流與湍流與Re之間有一定關系”的概念。

二、基本原理

流體在流動過程中有3種不同的流動形態(tài)，即層流、湍流和介于兩者之間的過渡流。雷

諾用實驗的方法研究流體流動時,發(fā)現(xiàn)影響流體流動類型的因素除了流速〃以外，還有管徑〃、

流體的密度p以及粘度〃，由這四個物理量組成的無因次數(shù)群

Re?

稱之為雷諾數(shù)。

實驗證明，流體在直管內流動時：

當Re/200()時，流體的流動類型為層流。

當Re^4000時，流體的流動類型為湍流。

當2000VReV4000,流體的流動類型可能是層流，也可能為湍流，將這一范圍稱之為不

穩(wěn)定的過渡區(qū)。

從雷諾數(shù)的定義式來看，對于同一管路d為定值時，”僅為流量的函數(shù)。對于流體水來講,

夕及〃僅為溫度的函數(shù)。因此確定了溫度及流量即可計算出雷諾數(shù)Rc.

三、實驗裝置及流程

1-紅墨水瓶268.12-閥門3-玻璃水槽4-帶喇叭口玻璃管(①20)

5-進水管7-進水穩(wěn)定槽9.轉子流量計10.溢流槽11-排水管

實驗裝置如圖所示，實驗時水從玻璃水槽3流進玻璃管4(內徑20mm),槽內水由自來

水供應，供水量由閥6控制，槽壁外有進水穩(wěn)定槽7及溢流槽10,過量的水進溢流槽10排入

下水道。

實驗時打開閥門8,水即由玻璃槽進入玻璃管，經(jīng)轉子流量計9后，流進排水管排出，用

閥8調節(jié)水量，流量由轉子流量計9測得。

高位墨水瓶貯藏墨水之用，墨水由經(jīng)墨水調節(jié)閥2流入玻璃管4。

四、實驗數(shù)據(jù)記錄表

表1-2雷諾實驗數(shù)據(jù)記錄表

水溫[℃1水粘度[10-3xBa-S]

水密度_____________[kg/m3]管內徑________________[mm]

\項流速測定雷諾準數(shù)流動形態(tài)

序N

4

轉子流量計流量Vvxl0流速u據(jù)Re做出實際觀察到

Re

讀數(shù)[m/s]判斷形態(tài)

fmVs]

1

2

3

4

5

6

五、討論

1、流量從小做到大，當剛開始湍流，測出雷諾數(shù)是多少？與理論值2000有否差距？請

分析原因。

2、根據(jù)測得Re值與觀察到的流動形態(tài)是否一致。請分析原因。

六、注意事項

1、要保證實驗數(shù)據(jù)的準確性，盡量使實驗裝置以及周圍現(xiàn)場保持寧靜。

2、流體的流量調節(jié)要緩慢、平穩(wěn)。

3、墨水注入量控制適當。

七、思考題

I、影響流動形態(tài)的因素有哪些？

2、如果說可以只用流速來判斷管中流動形態(tài)，流速低于某一具體數(shù)值時是層流，否則就

是湍流，你認為這種看法對不？在什么條件下可以只由流速的數(shù)值來判斷流動形態(tài)？

3、研究流動形態(tài)在工程.上有何現(xiàn)實意義？

實驗二流體阻力測定

一、實驗目的與要求

I、測定流體通過直管的摩擦阻力，整理出直管摩擦阻力系數(shù)與雷諾準數(shù)之間的關系曲線。

2、測定閥門的流體阻力，并求出閥門的阻力系數(shù)。

3、掌握流量計、差壓計的基本原理和構造以及使用方法。

4、了解流體流動的過程控制方法。

二、實驗基本原理

1、直管阻力的測定

流體流過圓形直管時，直管阻力損失壓頭的大小，可根據(jù)柏努利方程計算得出：

hf=^^-+—4-2)]-^^-+—+z2[mPhO柱](1)

對F等徑水平的直管而言：

hf=P-凸=—[mH2O柱](2)

PKPg

式中：AP一一直管上所選取的兩個截面的壓差，[Pa]

p---液體的密度，[kg/m3]

g---重力加速度,9.81,[m/s2]

實驗時，流星由渦輪流星”測得。在某一回定流星下，當管徑己知時，則可II算出管內

流速〃。

在測定了流量Q之后，在已知被測量的管子長度和直徑的前提下，只要測出被直管兩端

面間的壓強AP,即可計算出直管的阻力損失壓頭hf。測定差壓AP時，根據(jù)差壓的大小，分

別選用倒U型差壓計和差壓測量儀(數(shù)字顯示類型)。

AP=gR（P測一夕示）

[Pa]⑶

1000

R一一倒U型差壓計讀數(shù)[mm]

p小p示一一為被測液體指示液和指示劑的密度，Ikghr",實驗中分別是水和空氣;

在小流量下，使用倒U型差壓計，則：

_P\-P1_△〃_gR（0R一夕空氣）

-------?-----------------------

[mH2O柱]（4）

。水gP水gP水g

在實驗條件下，p水之p紅.

所以，可以近似得出；

[mH2O柱]

當液體流量較大時，直管的壓差不能使用倒U型差壓計測量，要切換到差壓數(shù)顯儀測量,

這時直接記錄AP的數(shù)值，單位為KPa,這種情況下：

APxlOOO

[mH2O柱]

2、直管摩擦阻力系數(shù)入的測定原理

已知直管段的長度/=1.65〃?，直徑為d=0.01&7?

由理論分析已知：流體流過直管時摩擦阻力系數(shù)4與損失壓頭力之間的關系之間的關系可

用下式表示：

由式(7)得到直管段的摩擦阻力系數(shù)X：

hf2gd

當流展改變時，直管兩端的壓強AP也相應改變，由(8)式可求得不同流審:時所對應的X值。

同時在同一流量Q已知條件下，流經(jīng)該直管流體的雷諾數(shù)Re二%，也可求得。

由此可分別測算出不同流速下的Rc值和入值，將此對應關系繪制到雙對數(shù)坐標紙上，即

得到/Re關系曲線。

3、局部阻力系數(shù)的測定

由局部阻力計算公式：

.u~八

〃師=4K丁[mH?。]

由(9)或(10)式可得:

實驗中，只要測取流:tQ和閥門的差壓AP,就可用上式計算出局部阻力6網(wǎng)和局部阻力

系數(shù)6。

由于測壓孔不可能緊靠閥門，否則閥門引起渦流會影響壓強差測定的準確性，所以實驗

測得的壓降是總壓降ZAP(包括了閥門以及兩測壓點間的壓降)，我們要求得閥門的壓降，故

應減去兩端直管部分的壓降：

AP|<g=IAP-AP*(12)

兩端直管阻力損失可按(7)式計算，此直管為不銹鋼管光滑管，內徑d=0.027m,長度/1

=0.33m。由于閥兩端的直管和前面測摩擦阻力的直管的管徑不同，故它們的Re循和'值是

不同的，人值的計算：

,0.500

1=0.0056+―77T7(3000<Re<3X106)(13)

Re032

局部阻力損失/?胴和局部阻力系數(shù)3計算：

[mHO(14)

人網(wǎng)電32g2柱]

「(yAP)xlOOO

[mH2O柱](15)

pg

〃膽閥=(Z&Pfm直管［mH2。柱］(16)

―2gh餌網(wǎng)

u~

三、實驗裝置及流程

圖2?1流體阻力實驗裝置流程圖

1?加水漏斗2-加水閥3?底閥4-水池5-真空表6?離心泵7?壓力表8?渦輪流量計

9-流量調節(jié)閥10-校測局部阻力閥II-被測光滑直管12-倒U型差壓計13-放氣裝置

離心泵(5)打出的水經(jīng)渦輪流量計(9)由調節(jié)閥(II)控制流量，流體先經(jīng)過截止閥，然后進

入不銹鋼光滑管，最后循環(huán)流回水池，氣體經(jīng)放氣罩排空。測定粗糙管的液體阻力時，流

體流經(jīng)渦輪流量計(10)，由調節(jié)閥(1?？刂屏髁?。

在閥門的兩側裝引壓管將壓力引到壓力變送器，把信號送入差壓數(shù)顯儀。被測直管的差

壓分別引到壓力變送器和倒U型差壓計，實驗中小流量時用倒U型差壓計，大流量時用差壓

數(shù)顯儀，光滑管和粗糙管在差壓測量時儀表切換使用。

四、實驗操作步驟

1、數(shù)據(jù)分割

(1)開調節(jié)閥(11),調節(jié)流量達到最大。

(2)在流量值047小~最大的變化范圍內，取10~15個數(shù)據(jù)進行實驗數(shù)據(jù)的對數(shù)分割。

2、排除空氣

(1)開壓力變送相平衡閥，再開排氣閥，將測壓管、儀表引壓管內的空氣排盡，然后關排

氣閥，關平衡閥。

(2)將倒U型差壓計上面的排氣閥、二側的引壓閥打開，排氣。

(3)關U型差壓計二側的引壓閥，開底部排水閥，把倒U型差壓計的液位調到300~350mm

處，然后關排氣閥。

(4)關調節(jié)閥(11)待流量為零時，打開U型差壓計二側的引壓閥，此時U型差壓計二邊的

液面應平衡，否則說明測壓管中可能有空氣存在，那么所得的數(shù)據(jù)就不準確了，必須宜新排

氣。

3、數(shù)據(jù)測定

調節(jié)閥門(11),使流量由小至大，在各參數(shù)穩(wěn)定后按要求記錄數(shù)據(jù)。實驗中小流量時(前八

個數(shù)據(jù))用倒U型差壓計，大流量時用差壓數(shù)顯儀。在測定光滑管阻力的同時，也同時記錄閥

門局部阻力，閥門局部阻力在小流展時前三個數(shù)據(jù)不要記錄。

五、實驗原始數(shù)據(jù)記錄表

表2-1流體阻力實驗原始記錄表

班級日期設備號水溫℃

光滑管差壓讀數(shù)

公\目流量計讀數(shù)閥門差壓讀數(shù)

U型差壓計R[mm]數(shù)顯儀

數(shù)\[m3/h]AP[Kpa]

左右AP[Kpa]

1

2

實驗同組人：教師簽字:

六、數(shù)據(jù)處理

1、實驗中，每一實驗小組將實驗數(shù)據(jù)記錄在一份規(guī)整、標準的上述格式的記錄中，書寫

要認真，實驗結束后，同組同學在此記錄上簽名，指導教師檢查數(shù)據(jù)后簽名，將此簽名原始

數(shù)據(jù)帶回，附于同組某一同學的報告后面上交。

2、將實驗原始測試數(shù)據(jù)處理于自己的實驗報告中，用Excel計算實驗結果。

3、實驗報告中的數(shù)據(jù)處理要有?組數(shù)據(jù)計算過程舉例，每組同學不得不得以同?組數(shù)據(jù)

作為計算實例。

4、打印出數(shù)據(jù)處理表和所繪的/I與Re關系曲線（作在雙對數(shù)紙上）。

七、實驗結果分析與討論

八、思考題

1、流體流動為什么會著重產生摩擦阻力？摩擦阻力以哪幾種形式反映出來？

2、流體流動時所產生的阻力大小，在實際生產中有何意義？

3、在流量測量上，為什么要裝二只量程不相同的流戢計？在直管測量上又為什么裝二個

不同的差壓計？

4、為何要進行管路系統(tǒng)的排氣？在差壓變送器上裝設的“平衡閥”有何作用？在什么情

況下它是開著的，什么情況下它應該是關閉？在進行測試系統(tǒng)的排氣工作時，是否應關閉流

量調節(jié)閥，為什么？如何校驗測試系統(tǒng)內的空氣己經(jīng)被排除T?凈？發(fā)現(xiàn)有氣體存在，如何排

除？

雷諾實驗

表2-2直管摩擦阻力條數(shù)實驗數(shù)據(jù)處理皓果表（供參考）

流錄計波數(shù)閥門差壓讀數(shù)差壓計示數(shù)直管阻力壓頭