中国石油大学（华东） 流动状态 实验报告
实验日期： 2011-11-2 成绩：
班级： 土木09-2 学号： 09121227 姓名：张庆硕 教师： 李峰 同组者： 叶舒峰 由振江
实验六、流动状态实验
一、实验目的
1.测定液体运动的沿程水头损失（hf）及断面的平均流速（v）。
2.绘制流态曲线（lghf -lgv）图，找出下临界点并计算临界雷诺数（Rec）的值 二、实验装置
本室验的装置如图6-1所示。本实验所用的设备有流态实验装置、量筒、秒表、温度计及粘温表。
图6-1 流态实验装置
4. 实验管路 ；5. 压差计 ；6. 流量调节 ；
三、实验原理
1.液体在统一管道中流动，当速度不同时有层流、紊流两种流动状态。层流的特点是流体各质点互不掺混，成线状流动。紊流的特点是流体的各质点相互掺混，有脉动现象。
不同的流态，其沿程水头损失与断面平均流速的关系也不相同。层流的沿程水头损失与断面平均流速的一次方成正比；紊流的沿程水头损失与断面平均流速的m(m=1.75~2.0)次方成正比。层流与紊流之间存在一个过渡段，它的沿程水头损失与断面平均流速的关系与层流、紊流不同。
2.当稳压水箱一直保持溢流时，实验管路水平放置且管径不变，流体在管内的流动为稳定流，此种情况下A点、B点的断面平均流速相等，且v1=v2。这时从A点到B点的沿程水
头损失hf可由能量方程导出：
2
v12p2v2
hf(z1)(z2)
2g2gpp
(z11)(z22) （1-6-1）
p1
h1h2h
式中 h1,h2——分别为A点、B点的测压管水头，由压差计中的两个测压管读出。
3.根据雷诺数判断流体流动状态。雷诺数Re的计算公式为：
Re
Dv
（1-6-2）
式中 D圆管内径； v断面平均速度； 运动粘度。
当ReRec(上临界雷诺数)时，为紊流，其中Re´c=4000~12000。 四、实验要求
1．有关常数： 实验装置编号：
实验管内径：D= 1.0×10-2； 水温：T= ℃；
水的密度：= 997.998 kg/m3； 动力粘度系数：= 0.9787×10-3Pas； 运动粘度系数：= 0.98×10 -6m2/s。 2．实验数据记录处理见表6-1。
表6-1 流动状态实验数据记录处理表
以其中一组数据写出计算实例。 以第一组数据为例：
流量Q=v/t=(970×10)/11.78=82.343×10 m/s。由公式 QSv则断面的平均流速v=Q/S=Q/(π*D^2/4)= 82.343×10-6/(π*(1.0×10^-2)^2/4)= 104.895×10-2 m/s。沿程水头损失hf=h1-h2=54.0×10^-2-5.0×10^-2=49.0×10^-2 m
-2-2 -6
雷诺数Re=Dv/=（1.0×10×104.895×10）/0.98×10=10703.62 3．要求：
（1）在双对数坐标纸上绘制hfv关系曲线图
-6
-6
3
（2）确定下临界点，找出临界点速度vc，并写出计算临界雷诺数Rec的过程。
答：观察如上双对数曲线图变化趋势可知，层流到紊流变化的下临界点位置处，流体的速度大致为vc=23.097×10m/s，由雷诺数计算公式Re
-2
Dv
，即
Re=Dvc/=(1.0×10×23.097×10)/ 0.98×10=2356.837
-2
-2
-6
五、实验步骤
1.熟悉仪器，打开水泵开关启动抽水泵。
2.向稳压水箱充水，使页面恒定，并保持少量溢流。
3.在打开流量调节阀前，检查压差计液面是否齐平。若不齐平，则需排气。 4.将流量调节阀打开，直到流量最大。
5.待管内液体流动稳定后，用量筒量测水的体积，并用秒表测出时间。记录水的体积及所用的时间，同时读取压差计的液柱高度。
6.调小流量，在调节流量的过程中要一直观察压差计液面的变化，直到调至合适的压差，然后再重复步骤5，共测17组数据。
7.测量水温，利用《水的密度和粘度表》（见附录B）查出动力粘度μ和密度ρ。 8.关闭水泵电源调节阀，并将实验装置收拾干净整齐。
六、注意事项
1.在实验的整个过程中，要求稳压水箱始终保持少量溢出。
2.本实验要求流量从大到小逐渐调整，同时在实验的过程中针形阀不得逆转。 3.当实验进行到过渡段和层流段时，要特别注意针形阀的调节幅度一定要小，使流量及压差变化间隔小。
4.实验点分配要合理，在层流段、紊流段各测5个点，在过渡状态测6~8个点. 七、问题分析
1．液体流动状态及其转变说明了什么本质问题？
答：层流状态时主要表现为液体的摩擦和变形，紊流状态时主要表现为液体质点的互相碰撞和掺混，临界状态则表现为层流到紊流的过渡。其本质在于液体由于存在粘度，在流动过程中存在摩擦阻力。
2．为什么在确定下临界雷诺数Rec的实验过程中要求从大流量到小流量慢慢调节，且中间不得逆转？
答：慢慢调节可以增加试验精度，且不会出现超过试验数据限制的情况。不得逆转是因为从层流过渡到紊流与从紊流过渡到层流，相应的临界雷诺数也不相同。通常工程中规定从紊流过渡到层流的较低临界值作为判别流态的依据。
3．为什么将临界雷诺数Rec作为判断流态的准数？你的实测值与标准是否接近？
答：（1）流动状态不一样，雷诺数的值也不同。在紊流状态下，惯性力占主要地位，雷诺数较大；层流状态下，惯性力较弱，粘性力居主导地位，雷诺数较小。（2）对于任何一种管内流体，任何流态，都可以确定出一个雷诺数的值
（3）不同流体，通过不同直径的管路时，其临界雷诺数大致相同。 八、心得体会
通过本次实验中，我们熟练地掌握了测量流动状态实验的目的及步骤，成功测定出了液体运动时的沿程水头损失（hf）及断面的平均流速（v），并按要求绘制流态曲线（lg hf-lg v）图，找出下了临界点并计算临界雷诺数（Rec）的值。另外通过本次试验，加深了我对液体流动状态的理解。最后感谢老师的讲授指导。
中国石油大学（华东） 流动状态 实验报告
实验日期： 2011-11-2 成绩：
班级： 土木09-2 学号： 09121227 姓名：张庆硕 教师： 李峰 同组者： 叶舒峰 由振江
实验六、流动状态实验
一、实验目的
1.测定液体运动的沿程水头损失（hf）及断面的平均流速（v）。
2.绘制流态曲线（lghf -lgv）图，找出下临界点并计算临界雷诺数（Rec）的值 二、实验装置
本室验的装置如图6-1所示。本实验所用的设备有流态实验装置、量筒、秒表、温度计及粘温表。
图6-1 流态实验装置
4. 实验管路 ；5. 压差计 ；6. 流量调节 ；
三、实验原理
1.液体在统一管道中流动，当速度不同时有层流、紊流两种流动状态。层流的特点是流体各质点互不掺混，成线状流动。紊流的特点是流体的各质点相互掺混，有脉动现象。
不同的流态，其沿程水头损失与断面平均流速的关系也不相同。层流的沿程水头损失与断面平均流速的一次方成正比；紊流的沿程水头损失与断面平均流速的m(m=1.75~2.0)次方成正比。层流与紊流之间存在一个过渡段，它的沿程水头损失与断面平均流速的关系与层流、紊流不同。
2.当稳压水箱一直保持溢流时，实验管路水平放置且管径不变，流体在管内的流动为稳定流，此种情况下A点、B点的断面平均流速相等，且v1=v2。这时从A点到B点的沿程水
头损失hf可由能量方程导出：
2
v12p2v2
hf(z1)(z2)
2g2gpp
(z11)(z22) （1-6-1）
p1
h1h2h
式中 h1,h2——分别为A点、B点的测压管水头，由压差计中的两个测压管读出。
3.根据雷诺数判断流体流动状态。雷诺数Re的计算公式为：
Re
Dv
（1-6-2）
式中 D圆管内径； v断面平均速度； 运动粘度。
当ReRec(上临界雷诺数)时，为紊流，其中Re´c=4000~12000。 四、实验要求
1．有关常数： 实验装置编号：
实验管内径：D= 1.0×10-2； 水温：T= ℃；
水的密度：= 997.998 kg/m3； 动力粘度系数：= 0.9787×10-3Pas； 运动粘度系数：= 0.98×10 -6m2/s。 2．实验数据记录处理见表6-1。
表6-1 流动状态实验数据记录处理表
以其中一组数据写出计算实例。 以第一组数据为例：
流量Q=v/t=(970×10)/11.78=82.343×10 m/s。由公式 QSv则断面的平均流速v=Q/S=Q/(π*D^2/4)= 82.343×10-6/(π*(1.0×10^-2)^2/4)= 104.895×10-2 m/s。沿程水头损失hf=h1-h2=54.0×10^-2-5.0×10^-2=49.0×10^-2 m
-2-2 -6
雷诺数Re=Dv/=（1.0×10×104.895×10）/0.98×10=10703.62 3．要求：
（1）在双对数坐标纸上绘制hfv关系曲线图
-6
-6
3
（2）确定下临界点，找出临界点速度vc，并写出计算临界雷诺数Rec的过程。
答：观察如上双对数曲线图变化趋势可知，层流到紊流变化的下临界点位置处，流体的速度大致为vc=23.097×10m/s，由雷诺数计算公式Re
-2
Dv
，即
Re=Dvc/=(1.0×10×23.097×10)/ 0.98×10=2356.837
-2
-2
-6
五、实验步骤
1.熟悉仪器，打开水泵开关启动抽水泵。
2.向稳压水箱充水，使页面恒定，并保持少量溢流。
3.在打开流量调节阀前，检查压差计液面是否齐平。若不齐平，则需排气。 4.将流量调节阀打开，直到流量最大。
5.待管内液体流动稳定后，用量筒量测水的体积，并用秒表测出时间。记录水的体积及所用的时间，同时读取压差计的液柱高度。
6.调小流量，在调节流量的过程中要一直观察压差计液面的变化，直到调至合适的压差，然后再重复步骤5，共测17组数据。
7.测量水温，利用《水的密度和粘度表》（见附录B）查出动力粘度μ和密度ρ。 8.关闭水泵电源调节阀，并将实验装置收拾干净整齐。
六、注意事项
1.在实验的整个过程中，要求稳压水箱始终保持少量溢出。
2.本实验要求流量从大到小逐渐调整，同时在实验的过程中针形阀不得逆转。 3.当实验进行到过渡段和层流段时，要特别注意针形阀的调节幅度一定要小，使流量及压差变化间隔小。
4.实验点分配要合理，在层流段、紊流段各测5个点，在过渡状态测6~8个点. 七、问题分析
1．液体流动状态及其转变说明了什么本质问题？
答：层流状态时主要表现为液体的摩擦和变形，紊流状态时主要表现为液体质点的互相碰撞和掺混，临界状态则表现为层流到紊流的过渡。其本质在于液体由于存在粘度，在流动过程中存在摩擦阻力。
2．为什么在确定下临界雷诺数Rec的实验过程中要求从大流量到小流量慢慢调节，且中间不得逆转？
答：慢慢调节可以增加试验精度，且不会出现超过试验数据限制的情况。不得逆转是因为从层流过渡到紊流与从紊流过渡到层流，相应的临界雷诺数也不相同。通常工程中规定从紊流过渡到层流的较低临界值作为判别流态的依据。
3．为什么将临界雷诺数Rec作为判断流态的准数？你的实测值与标准是否接近？
答：（1）流动状态不一样，雷诺数的值也不同。在紊流状态下，惯性力占主要地位，雷诺数较大；层流状态下，惯性力较弱，粘性力居主导地位，雷诺数较小。（2）对于任何一种管内流体，任何流态，都可以确定出一个雷诺数的值
（3）不同流体，通过不同直径的管路时，其临界雷诺数大致相同。 八、心得体会
通过本次实验中，我们熟练地掌握了测量流动状态实验的目的及步骤，成功测定出了液体运动时的沿程水头损失（hf）及断面的平均流速（v），并按要求绘制流态曲线（lg hf-lg v）图，找出下了临界点并计算临界雷诺数（Rec）的值。另外通过本次试验，加深了我对液体流动状态的理解。最后感谢老师的讲授指导。