雷诺实验及流体流动过程机械能的转换实验预习报告
雷诺实验
一、实验目的
1、了解管内流体质点的运动方式，认识不同流动形态的特点，掌握判别流型的准则。
2、观察圆筒直管内流体作层流、过渡流、湍流的流动形态。
二、实验原理
流体流动有两种不同形态，即层流(滞流)和湍流(紊流)，流体作层流流动时，其质点作平行于管轴的直线运动，湍流时流体质点在沿管轴流动时同时还作着杂乱无章的随机运动。雷诺准数是判断流动型态的准数。若流体在圆管内流动，则雷诺准数可用下式表示:
雷诺数:Re,d uρ/μ
式中:d,管子内径，m
u,流体在管内的平均流速，m/s 3 ρ,流体密度，kg/m
μ,流体粘度，kg/(m?s)
实验证明，流体在直管内流动时，当Re?2000时属层流;Re?4000时属湍流;当Re在两者之间时，可能为层流，也可能为湍流。
流体于某一温度下在某一管径的圆管内流动时，Re值只与流速有关。本实验中，水在一定管径的水平或垂直管内流动，若改变流速，即可观察到流体的流动型态及其变化情况，并可确定层流与湍流的临界雷诺数值。
三、实验
流程
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实验前，先将水充满低位储水槽，关闭流量计后的调节阀，然后启动循环水泵。待水充满稳压溢流水槽后，开启流量计的调节阀。水由稳压溢流水槽流经缓冲池、实验导管和流量计，最后流回低位贮水槽。水流量的大小，可由流量计和调节阀调节。
示踪剂采用红色墨水，它由红墨水贮槽经连接管和细孔喷嘴，注入实验导管。细孔玻璃注射管位于实验导管入口的轴线部位。
四、演示操作
1、层流流动形态
实验时，先少许开启调节阀，将流速调至所需要的值。再调解红墨水贮瓶的下口旋塞，并做精细调节，使红墨水的注入流速与实验导管中主体流体的流速相适应，一般略低于主体流体的流速为宜。待流速稳定后，记录主体流体的流量。此时，在实验导管的轴线上，就可观察到一条平直的红色细流，好像一根拉直的红线一样。
2、湍流流动型态
缓慢的加大调节阀的开度，使水流量平稳地增大，玻璃导管内的流速也随之平稳的增大。此时可观察到，玻璃导管轴线上呈直线流动的红色细流开始发生波动。随着流速的增大，红色细流的波动程度也随之增大，最后断裂成一段段的红色细流。当流速继续增大时，红墨水进入实验导管后立即呈烟雾状分散在整个导管内，进而迅速与主体主流混为一体，使整个管内流体染为红色，以致无法辨别
红墨水的流线。
五、注意事项
作层流流动时，为了使层流状况能较快地形成，而且能够保持稳定。第一，水槽的溢流应尽可能的小。因为溢流较大时，上水的流量也大，上水和溢流两者造层的震动都比较大，影响实验结果。第二，应尽量不要人为地使实验装置产生任何震动。
流体流动过程机械能的转换
一、实验目的
1、了解流体在管道中流动情况下，静压能、动能和位能之间相互转换的关系，加深对伯努利方程的理解。
2、了解流体在管道中流动时，流体阻力的表现形式。
二、实验内容
观察流体流动过程中，随着测试管路结构、水平位置及流量的变化，流体的势能和动能之间的转换变化情况，并找出其规律，以验证伯努利方程。 三、实验原理
工业生产中，流体的输送多在密闭的管道中进行，因此研究流体在管内的流动是化学
工程
路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理
中一个重要课
题
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。任何运动的流体，仍然遵守质量守恒定律和能量守恒定律，这是研究流体力学性质的基本出发点。
1.连续性方程
流体在管内稳定流动时的质量守恒，根据平均流速的定义，对均质、不可压缩流体
uA=uA 1122
可见，对均质、不可压缩流体，平均流速与流通截面积成反比，即面积越大，流速越小;反之，面积越小，流速越大。
对圆管，上式可转化为
22 ud=ud 1122
2.机械能衡算方程
运动的流体除了遵循质量守恒定律以外，还应满足能量守恒定律，依此，在工程上可进一步得到十分重要的机械能衡算方程。
对于均质、不可压缩流体，在管路内稳定流动时，其机械能衡算方程(以单位质
量流体为基准)可表示为:
22z+u/2g+p/ρg+h=z+u/2g+p/ρg+h 111e222f
2显然，上式中各项均具有高度的量纲，z称为位头，u/2g称为动压头(速度头)，p/ρg称为静压头(压力头)，h称为外加压头，h称为压头损失。 ef
关于上述机械能衡算方程的讨论:
(1)理想流体的柏努利方程
无黏性的即没有黏性摩擦损失的流体称为理想流体，就是说，理想流体的h=0，若此时又无外加功加入，则机械能衡算方程变为: f
22 z+u/2g+p/ρg=z+u/2g+p/ρg 111222
上式为理想流体的柏努利方程。该式表明，理想流体在流动过程中，总机械能保持不变。
(2)若流体静止，则u=0，h=0，h=0，于是机械能衡算方程变为 ef
z+p/ρg=z+p/ρg 1122
上式即为流体静力学方程，可见流体静止状态是流体流动的一种特殊形式。 四、实验装置及流程
实验装置为有机玻璃材料制作的管路系统，通过泵使流体循环流动。管路内径为30mm，节流件变截面处管内径为15mm。单管压力计h和h可用于验证变截12面连续性方程，单管压力计h和h可用于比较流体经节流件后的能头损失，单13
管压力计h和h可用于比较流体经弯头和流量计后的能头损失及位能变化情况，34
单管压力计h和h可用于验证直管段雷诺数与流体阻力系数关系 ，单管压力计45
h与h配合使用，用于测定单管压力计h处的中心点速度。 655
五、实验操作
1、先在下水槽中加满清水，保持管路排水阀、出口阀关闭状态，通过循环泵将水打入上水槽中，使整个管路中充满流体，并保持上水槽液位一定高度，可观察流体静止状态时各管段高度。
2、实验开始前，需先清洗整个管路系统，即先使管内流体流动数分钟，检查阀门、管段有无堵塞或漏水情况，并排除管路中的空气。
3、通过出口阀调节管内流量，注意保持上水槽液位高度稳定(即保证整个系统
处于稳定流动状态)，并尽可能使转子流量计读数在刻度线上。观察记录各单管压力计读数和流量值。
4、改变流量，观察各单管压力计读数随流量的变化情况。注意每改变一个流量，需给予系统一定的稳流时间，方可读取数据。
5、结束实验，关闭循环泵，全开出口阀排尽系统内流体，之后打开排水阀排空管内沉积段流体。
6、若不经常使用该装置，实验结束后应将贮水槽内水排净，防止沉积尘土堵塞测速管。
六、注意事项
1、不要将泵出口调节阀开启过大，以免水从高位槽冲出和导致高位槽液面不稳定。
2、流量调节阀需缓慢地关小，以免造成流量突然下降，使测压管中的水溢出。 3、实验时必须排除管路系统内的空气泡。
浙公网安备 33021202002483