雷诺实验和伯努利实验报告.doc

化工原理实验柏努利实验 1 实验七雷诺实验一、实验目的 1 、观察液体流动时的层流和紊流现象。区分两种不同流态的特征,搞清两种流态产生的条件。分析圆管流态转化的规律,加深对雷诺数的理解。 2、测定颜色水在管中的不同状态下的雷诺数及沿程水头损失。绘制沿程水头损失和断面平均流速的关系曲线,验证不同流态下沿程水头损失的规律是不同的。进一步掌握层流、紊流两种流态的运动学特性与动力学特性。 3、通过对颜色水在管中的不同状态的分析, 加深对管流不同流态的了解。学****古典流体力学中应用无量纲参数进行实验研究的方法,并了解其实用意义。二、实验原理 1、液体在运动时, 存在着两种根本不同的流动状态。当液体流速较小时, 惯性力较小, 粘滞力对质点起控制作用,使各流层的液体质点互不混杂,液流呈层流运动。当液体流速逐渐增大,质点惯性力也逐渐增大,粘滞力对质点的控制逐渐减弱,当流速达到一定程度时,各流层的液体形成涡体并能脱离原流层,液流质点即互相混杂,液流呈紊流运动。这种从层流到紊流的运动状态,反应了液流内部结构从量变到质变的一个变化过程。液体运动的层流和紊流两种型态,首先由英国物理学家雷诺进行了定性与定量的证实,并根据研究结果,提出液流型态可用下列无量纲数来判断: Re=Vd/ ν Re 称为雷诺数。液流型态开始变化时的雷诺数叫做临界雷诺数。在雷诺实验装置中,通过有色液体的质点运动,可以将两种流态的根本区别清晰地反映出来。在层流中,有色液体与水互不混惨,呈直线运动状态,在紊流中,有大小不等的涡体振荡于各流层之间,有色液体与水混掺。 2、在如图所示的实验设备图中,取 1-1 ,1 -2 两断面,由恒定总流的能量方程知: f 22222 21111hg2 Vapzg2 Vapz????????因为管径不变 V 1 =V 2????????) pz() pz(h 22 11f△h 所以, 压差计两测压管水面高差△h 即为 1-1 和 1-2 两断面间的沿程水头损失, 用重量法或体积浊测出流量, 并由实测的流量值求得断面平均流速 A QV?, 作为 lgh f和 lgv 关系曲线, 如下图所示, 曲线上 EC 段和 BD 段均可用直线关系式表示,由斜截式方程得: lgh f =lgk+mlgv lgh f =lgkv mh f =kv mm 为直线的斜率式中: 12 ffv lgv lg h lgh lg tgm?????实验结果表明 EC=1 ,θ=45 ° ,说明沿程水头损失与流速的一次方成正比例关系,为层流区。 BD 段为紊流区, 沿程水头损失与流速的 ~2 次方成比例,即 m=~ , 其中 AB 段即为层流向紊流转变的过渡区, BC 段为紊流向层流转变的过渡区,C 点为紊流向层流转变的临界点,C点所对应流速为下临界流速,C 点所对应的雷诺数为下监界雷诺数。A 点为层流向紊流转变的临界点,A 点所对应流速为化工原理实验柏努利实验 2 上临界流速, A 点所对应的雷诺数为上临界雷诺数。三、实验设备下图是流态实验装置图。它由能保持恒定水位的水箱,试验管道及能注入有色液体的部分等组成。实验时,只要微微开启出水阀,并打开有色液体盒连接管上的小阀,色液即可流入圆管中,显示出层流或紊流状态。图 7-1 自循环液体两种流态演示实验装置图 1 、自循环供水器; 2 、实验台; 3 、可控硅无级调速器; 4 、恒压水箱; 5 、有色水水管; 6 、稳水孔板; 7 、溢流板; 8 、实验管道; 9 、实验流量调节阀供水流量由无级调速器调控, 使恒压水箱 4 始终保持微溢流的程度, 以提高进口前水体稳定度。本恒压水箱还设有多道稳水隔板, 可使稳水时间缩短到 3~5 分钟。有色水经水管 5 注入实验管道 8, 可据有色水散开与否判别流态。为防止自循环水污染,有色指示水采用自行消色的专用有色水。四、实验步骤 1 、开启电流开关向水箱充水,使水箱保持溢流。 2、微微开启泄水阀及有色液体盒出水阀, 使有色液体流入管中。调节泄水阀, 使管中的有色液体呈一条直线,此时水流即为层流。此时用体积法测定管中过流量。 3 、慢慢加大泄水阀开度,观察有色液体的变化,在某一开度时,有色液体由直线变成波状形。再用体积法测定管中过流量。 4、继续逐渐开大泄水阀开度, 使有色液体由波状形变成微小涡体扩散到整个管内, 此时管中即为紊流。并用体积法测定管中过流量。 5、以相反程序, 即泄水阀开度从大逐渐关小, 再观察管中流态的变化现象。并用体积法测定管中过流量。五、绘图分析在双对数纸上以 V 为横坐标,h f 为纵坐标, 绘制 lgV~lgh f 曲线, 并在曲线上找上临界流速 V K 上, 计算上临界雷诺数 R EK 上??? dV k上并定出两段直线斜率 m 1,m 2。 12 ff