流体力学实验指导书(雷诺、伯努利).doc

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工 程 流 体 力 学
实
验
指
导
书
河北理工大学给排水实验室
编者：杨永
2014 . 5 . 12
适用专业：给排水工程专业、建筑环境与设备工程专业
实验目录：
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实验一：雷诺实验
实验二：伯努利方程实验
实验三：阻力及阻力系数测定实验
实验四：孔口管嘴实验
实验操作及实验报告书写要求：
实验课前认真预****实验要求有预****报告。
做实验以前把与本次实验相关的课本理论内容复****一下。
实验要求原始数据必须记录在原始数据实验纸上。
实验报告一律用标准实验报告纸。
实验报告内容包括：
1. 实验目的；
2. 实验仪器；
3. 实验原理；
4. 实验过程；
5. 实验数据的整理与处理。
六、 实验指导书只是学生的指导性教材，学生在写实验报告时指导书制作为参考，具体写作内容由学生根据实际操作去写。
七、 根据专业不同以及实验学时，由任课教师以及实验老师选定实验内容。
建筑工程学院给排水实验室
编者：杨永
实验一 雷诺实验指导书
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一、实验目的：
（一）观察实验中实验线的现象。
（二）掌握体积法测流量的方法。
（三）观察层流、临界流、紊流的现象。
（四）掌握临界雷诺数测量的方法。
二、实验仪器：
实验中用到的主要仪器有：雷诺实验仪、1000mL量筒、秒表、10L水桶等
三、实验原理：
有压管路流体在流动过程中，由于条件的改变（例如，管径改变、温度的改变、管壁的粗糙度改变、流速的改变）会造成流体流态的变化，会出现层流、临界流、紊流等现象。英国科学家雷诺（Reynolds）在1883年通过系统的实验研究，首先证实了流体的流动结构有层流和紊流两种形态。层流的特点是流体的质点在流动过程中互不掺混呈线状运动，运动要素不呈现脉动现象。在紊流中流体的质点互相掺混，其运动轨迹是曲折混乱的，运动要素发生脉动现象。
雷诺等人经过大量的实验发现临界流速与过流断面的特征几何尺寸管径d、流体的动力粘度和密度有关，即。由以上四个量组成一个无量纲数，称为雷诺数,即
其中：u为流速，为流体的密度，为流体的动力粘度，为运动粘度。雷诺数可以作为判别流态的准则。雷诺数公式右边的分母、分子分别反映了流动流体的惯性力和粘滞力的比值。
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小，反映了粘滞力作用大，对流体质点运动起约束作用，到一定程度，质点互不掺混，呈层流；反之，则呈现紊流状态。
四、实验步骤：
打开开关使水箱充水至水位溢流，经稳定后，微开启调节阀，并注颜色水人玻璃管内，便颜色水流成一直线，通过颜色水质点的运动观察管内水流的层流流态;然后逐步开大调节阀，通过颜色水直线的变化观察层流转变到紊流的水力特征;待管中出现完全紊流后，再逐步关小调节阀，观察由紊流转变为层流的水力特征。
打开出水阀门让水流经实验管路，在此过程中有小到大逐渐开打阀门。在阀门开起比较小的情况下，水流在管路中成一条线性流动，水流在横向断面上没有掺混的现象，这种状态下就是层流状态。然后随着阀门的不断开大，水流开始产生一定的波动现象，出现比较稳定的脉动现象，这时水流达到临界状态，此时的临界雷诺数值达到2000—20000，数值变化范围比较大，没有实际应用价值。
将调节阀打开，使管中呈完全紊流，再逐步关小调节阀使流量减少 (不许增大)，当流量调到使颜色水在全管中刚刚呈现为一稳定直线时，即为下临界状态。注意:每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟，并且流量不可开得太大，以免水箱中的水体引起紊动。若因水箱中的水体紊动而干扰进口水流时需关闭阀门，静置3~5min，再按步骤重复进行实验。
a. 待管中出现临界状态时，用体积法测定流量，此操作重复两次。
b. 根据所测流量计算下临界雷诺数。
c. 重新打开调节阀，使其形成完全紊流，按照上述步骤测量下临界雷诺数3次。
d. 同时由水箱中的温度计测量水温，根据公式求得水的运动黏度。
e. 记录实验管路的管径，量测水温。
重复以上操作3-5次（要求每位同学最少调试一次），然后关闭进水阀、出水阀、墨水的阀门。
五、实验数据整理及数据处理：
实验数据需要记录当时做实验的水温，管路管径，出水体积以及时间。根据公式
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计算临界值雷诺数。运动粘度可以根据水温通过以下公式进行计算。
表1-1 管路管径： mm 水温： ℃
次数
体积V
（ml）