姓名：缪秀燕 班级：制药111班 学号：5801311024 日期：2013/5/4
实验一 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、 观察圆直管内流体作层流、过渡流、湍流的流动形态。
二、 实验内容
1、 以红墨水为示踪剂，观察圆直管玻璃管内的水介质，作层流、过渡流、湍流时的不同流动形态。
2、 观察流体水在圆直管内作层流流动时的速度分布。
三、 基本原理
流体流动有两种形态，即层流和湍流，这一现象最早是由雷诺于1883年首先发现的。流体作层流流动时，流体质点作平行于管轴的直线运动，且在径向无脉动；流体做湍流流动时，其流体质点除沿管轴方向向前运动外，还作径向脉动，从而在宏观上显示出紊乱的向各个方向不规则的运动。
流体流动形态可用雷诺准数（Re ）来判断，这是一个由各影响变量组合而成的无因次数群，故其值不会因采用不同的单位制而不同。但应注意，数群中各物理量必须采用同一单位制。若流体在圆管内流动，则雷诺准数可用下式表示：
Re=duρ／μ （1—1）
式中：Re ——雷诺准数，无因次；
d ——管子内径，m ；
u ——流体在管内的平均速度，m/s；
μ——动力粘度，Pa ·s 。
工程上认为，流涕在圆直管中流动，Re ≤2000时为层流；Re ＞4000时，圆管内形成湍流；当Re 在2000至4000范围内，流体流动处于一种过渡状态，可能是层流，也可能是湍流，或者二者交替出现，这要是外界干扰而定，一般称这一Re 数范围为过渡区。层流转变为湍流时的雷诺数称为临界雷诺数，用Rec 表示。
式（1—1）表明，对于一定温度下的流体，流体性质（ρ和μ）一定，在特定的圆管内流动，雷诺数仅与流体流速有关，本实验即是通过改变流体在管内的速度，观察在不同雷诺数下流体的流动形态。
四、 实验装置及流程
实验装置如书上图所示。主要由玻璃实验导管、流量计、流量调节阀、低位储水槽、循环水泵、稳压溢流水槽等部分组成，实验主管路为ø20×2mm 硬质玻璃管。
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。带水充满稳压溢流水槽后，开启流量计后的调节阀。水由稳压溢流水槽流经缓冲槽、实验导管和流量计，最后流回低位储水槽。水流量的大小，可由流量计和调节阀调节。
示踪剂采用红墨水，它由红墨水储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。
注意：实验用的水应清洁，红墨水的密度应于水相当，装置要防止平稳，避免震动。
五、 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。再调节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。待流体稳定后，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，好像是一根拉直的红线一样。
（2）湍流流动形态
缓慢地加大调节阀的开度，使水流量平稳的增大，玻璃导管内的流速也随之平稳地增大。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，进而迅速与主体水流混为一体，使整个管内流体染为红色，以致无法辨别红墨水的流线。
六、 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。因为溢流大时，上水的流量也大，上水和溢流两者造成的震动都比较大，影响实验结果。第二，应尽量不要人为的使实验装置产生任何震动。
七、 思考题
为什么要研究流体的流动形态, 目的是解决什么问题?
答：因为流体要输送, 所以要知道流体的流动形态, 流量多少? 流速多少? 流速又跟压力有关, 最大后确定管径。
实验二 流体流动过程机械能的转换
一、
1、 实验目的 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、
二、 了解流体在管道中流动时，流体阻力的表现形式。 实验内容
观察流体流动过程中，随着测试管路结构、水平位置及流量结构的变化，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、 基本原理
工业生产中，流体的输送多在密闭的管道中进行，因此研究流涕在管道中的流动是过程的重要内容之一。任何运动的流体，都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形式可用连续性方程表现如下：
根据平均流速的定义，有
（2-1）
（2-2）
式中：u —流速，m/s；
、——管道端面1、2处流体的密度，千克每立方米；
——管道端面1、2处流体的流速，
m/s; 、——管道端面1、2处流体的截面积，㎡
即 ：
而对均质、不可压缩流体，
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，
2、 机械能衡算方程 （2-5） ，d 为直径，式（2-4）可转化为: （2-4） =常数，则式（2-2）变为 （2-3）
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（伯努利方程）。
对于均质、不可压缩流体，在管路内作稳定流动时，其机械能衡算方程（以单位质量流量为基准）可表示为：
显然，上式中各项均具有高度的量纲，z 称为位头，
压头（速度头），
为压头损失。
关于上述机械能衡算方程的讨论：
（1） 理想流体的伯努利方程
称为静压头（压力头），（2-6） 称为动称为外加压头，称
无粘性的即没有粘性摩擦损失的流体称为理想流体，理想流体的=0，若此时又无外加功加入，则机械能衡算方程式（2-6）变为：
（2-7）
式（2-7）为理想流体的伯努利方程。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，=0，=0，于是机械能衡算方程变
为：
（2-8）
式（2-8）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
该装置为有机玻璃材料制作的管路系统，通过泵是流体循环流动。管路内径为30mm ，节流件变截面处管内径为15mm 。单管压力计h1和h2可用于验证变截面连续性方程，单管压力计h1和h3可用于比较流体经节流件后的压头损失，单管压力计h3和h4可用于比较流体经弯头和流量计后的压头损失及位能变化情况，单管压力计h4和h5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h6和h5配合使用，用于测定单管压力计h5处的中心点速度。
五、 实验操作
1、 先在贮水槽中加满清水，保持管路排水阀、出口阀关闭状态，通过循环泵降水打入高位槽中，使整个管路中充满水，并保持高位水槽液位一定高度，并观察流体在静止状态是各单管压力计的高度。
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、管段有无阻塞或漏水情况，并排出管路中的空气。
3、 通过出口阀调节管内流量，注意保持上水槽液位高度的稳定（即保持整个系统处于稳定流动的状态），并尽可能是转子流量计读数在刻度
线上。观察记录个单管压力计读数和流量值。
4、 改变流量，观察个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定时间，方可读取数据。
5、 结束试验，关闭循环泵，全开出口阀排尽系统内水，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，防止尘土沉积堵塞测速管。
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，是测压管中的水溢出。
3、 试验时必须排出管路系统内的空气泡。
姓名：缪秀燕 班级：制药111班 学号：5801311024 日期：2013/5/4
实验一 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、 观察圆直管内流体作层流、过渡流、湍流的流动形态。
二、 实验内容
1、 以红墨水为示踪剂，观察圆直管玻璃管内的水介质，作层流、过渡流、湍流时的不同流动形态。
2、 观察流体水在圆直管内作层流流动时的速度分布。
三、 基本原理
流体流动有两种形态，即层流和湍流，这一现象最早是由雷诺于1883年首先发现的。流体作层流流动时，流体质点作平行于管轴的直线运动，且在径向无脉动；流体做湍流流动时，其流体质点除沿管轴方向向前运动外，还作径向脉动，从而在宏观上显示出紊乱的向各个方向不规则的运动。
流体流动形态可用雷诺准数（Re ）来判断，这是一个由各影响变量组合而成的无因次数群，故其值不会因采用不同的单位制而不同。但应注意，数群中各物理量必须采用同一单位制。若流体在圆管内流动，则雷诺准数可用下式表示：
Re=duρ／μ （1—1）
式中：Re ——雷诺准数，无因次；
d ——管子内径，m ；
u ——流体在管内的平均速度，m/s；
μ——动力粘度，Pa ·s 。
工程上认为，流涕在圆直管中流动，Re ≤2000时为层流；Re ＞4000时，圆管内形成湍流；当Re 在2000至4000范围内，流体流动处于一种过渡状态，可能是层流，也可能是湍流，或者二者交替出现，这要是外界干扰而定，一般称这一Re 数范围为过渡区。层流转变为湍流时的雷诺数称为临界雷诺数，用Rec 表示。
式（1—1）表明，对于一定温度下的流体，流体性质（ρ和μ）一定，在特定的圆管内流动，雷诺数仅与流体流速有关，本实验即是通过改变流体在管内的速度，观察在不同雷诺数下流体的流动形态。
四、 实验装置及流程
实验装置如书上图所示。主要由玻璃实验导管、流量计、流量调节阀、低位储水槽、循环水泵、稳压溢流水槽等部分组成，实验主管路为ø20×2mm 硬质玻璃管。
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。带水充满稳压溢流水槽后，开启流量计后的调节阀。水由稳压溢流水槽流经缓冲槽、实验导管和流量计，最后流回低位储水槽。水流量的大小，可由流量计和调节阀调节。
示踪剂采用红墨水，它由红墨水储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。
注意：实验用的水应清洁，红墨水的密度应于水相当，装置要防止平稳，避免震动。
五、 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。再调节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。待流体稳定后，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，好像是一根拉直的红线一样。
（2）湍流流动形态
缓慢地加大调节阀的开度，使水流量平稳的增大，玻璃导管内的流速也随之平稳地增大。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，进而迅速与主体水流混为一体，使整个管内流体染为红色，以致无法辨别红墨水的流线。
六、 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。因为溢流大时，上水的流量也大，上水和溢流两者造成的震动都比较大，影响实验结果。第二，应尽量不要人为的使实验装置产生任何震动。
七、 思考题
为什么要研究流体的流动形态, 目的是解决什么问题?
答：因为流体要输送, 所以要知道流体的流动形态, 流量多少? 流速多少? 流速又跟压力有关, 最大后确定管径。
实验二 流体流动过程机械能的转换
一、
1、 实验目的 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、
二、 了解流体在管道中流动时，流体阻力的表现形式。 实验内容
观察流体流动过程中，随着测试管路结构、水平位置及流量结构的变化，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、 基本原理
工业生产中，流体的输送多在密闭的管道中进行，因此研究流涕在管道中的流动是过程的重要内容之一。任何运动的流体，都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形式可用连续性方程表现如下：
根据平均流速的定义，有
（2-1）
（2-2）
式中：u —流速，m/s；
、——管道端面1、2处流体的密度，千克每立方米；
——管道端面1、2处流体的流速，
m/s; 、——管道端面1、2处流体的截面积，㎡
即 ：
而对均质、不可压缩流体，
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，
2、 机械能衡算方程 （2-5） ，d 为直径，式（2-4）可转化为: （2-4） =常数，则式（2-2）变为 （2-3）
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（伯努利方程）。
对于均质、不可压缩流体，在管路内作稳定流动时，其机械能衡算方程（以单位质量流量为基准）可表示为：
显然，上式中各项均具有高度的量纲，z 称为位头，
压头（速度头），
为压头损失。
关于上述机械能衡算方程的讨论：
（1） 理想流体的伯努利方程
称为静压头（压力头），（2-6） 称为动称为外加压头，称
无粘性的即没有粘性摩擦损失的流体称为理想流体，理想流体的=0，若此时又无外加功加入，则机械能衡算方程式（2-6）变为：
（2-7）
式（2-7）为理想流体的伯努利方程。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，=0，=0，于是机械能衡算方程变
为：
（2-8）
式（2-8）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
该装置为有机玻璃材料制作的管路系统，通过泵是流体循环流动。管路内径为30mm ，节流件变截面处管内径为15mm 。单管压力计h1和h2可用于验证变截面连续性方程，单管压力计h1和h3可用于比较流体经节流件后的压头损失，单管压力计h3和h4可用于比较流体经弯头和流量计后的压头损失及位能变化情况，单管压力计h4和h5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h6和h5配合使用，用于测定单管压力计h5处的中心点速度。
五、 实验操作
1、 先在贮水槽中加满清水，保持管路排水阀、出口阀关闭状态，通过循环泵降水打入高位槽中，使整个管路中充满水，并保持高位水槽液位一定高度，并观察流体在静止状态是各单管压力计的高度。
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、管段有无阻塞或漏水情况，并排出管路中的空气。
3、 通过出口阀调节管内流量，注意保持上水槽液位高度的稳定（即保持整个系统处于稳定流动的状态），并尽可能是转子流量计读数在刻度
线上。观察记录个单管压力计读数和流量值。
4、 改变流量，观察个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定时间，方可读取数据。
5、 结束试验，关闭循环泵，全开出口阀排尽系统内水，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，防止尘土沉积堵塞测速管。
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，是测压管中的水溢出。
3、 试验时必须排出管路系统内的空气泡。