中国石油大学（华东）工程流体力学实验报告

实验日期： 成绩：

班级： 学号： 姓名： 教师：

同组者：

实验六、流动状态实验

一、实验目的

1．测定液体运动时的沿程水头损失（hf）及断面的；

2．在双对数坐标上绘制流态（hf—v）曲线图，找出下临界点并计算 的值。

二、实验装置

本室验的装置如图所示。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。

在图1-6-1横线上正确填写实验装置各部分的名称

图1-6-1 流态实验装置

1. 稳压水箱 ；2. 进水管 ；3. 溢流管 ；

；；；

；；；

1

三、实验原理 填空

1．液体在同一管道中流动，当 速度 的特点是质点互不掺混，成线状流动。在 紊流 中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 与断面平均速度的关系也不相同。层流的沿程水头

损失与断面平均流速的 成正比；紊流的沿程水头损失与断面平均速度的m次方成正比 (m= ) 。层流与紊流之间存在一个过渡区，它的沿程水头损失与断面平均流速关系与层流、紊流的不同。

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v1=v2。那么从A点到B点的沿程水头损失为hf，可由能流量方程导出：

v12p2v22hf?(z1??)?(z2??)?2g?2g pp?(z1?1)?(z2?2)?h1?h2??hp1??

h1、h2分别是A点、B点的测压管水头，由 测压管 中的两个测压管读出。

3．雷诺数（Reynolds Number）判断流体流动状态。雷诺数的计算公式为：

Re?Dv ?

D—圆管内径；v—断面平均速度；?—运动粘度系数

当Re?Rec（下临界雷诺数）为层流，Rec=2000~2320；

?（上临界雷诺数）为紊流，Rec?=4000~12000之间。 当Re?Rec

四、实验要求

1．有关常数： 实验装置编号：

实验管内径：D= 1.0 cm； 水温：T= 19.8 ℃；

水的密度：?= 0.99827 g/cm； 动力粘度系数：?= 1.0100 ?s；

运动粘度系数：?= 0.0101 cm2/s。

2、以表1-6-1中的任意一组数据为例 ，写出计算实例。

（1 ）水头损失：hf= h2 -h1=56.4-18.5=37.9 (cm)

?1.01?10?3

（2）运动粘度系数：?= ??1.01?10?6(m2/s) ?998.27

（3）流量：Q=v975??79.2039(ml/s) t12.31

2

79.2039?10?6?100

（4）断面平均速度：v = Q/A?100.845cm/s

2

??0.01

4

Dv10?2?100.845?10?2

（5）雷诺数：Re=??9984.70

?6

?1.01?10

3．实验数据记录处理见表1-6-1。

表1-6-1 流动状态实验数据记录处理表

4、在双对数坐标纸上绘制hf?v的关系曲线图

3

5、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。

vc=21.1843cm/s

Rec=2097.45

五、实验步骤 填空 正确排序

（ 4）．将流量调节阀打开，直至流量最大；

（ 1 ）．熟悉仪器，打开开关12启动抽水泵；

（ 8）．关闭水泵电源和流量调节阀，并将实验装置收拾干净整齐。

（ 5）．待管内液体流动稳定后，用量筒量测水的体积，用秒表测出时间。记录水的体积及所用

( 2)．向稳压水箱充水使液面恒定，并保持少量溢流；

( 7 )．测量水温，利用水的粘温表（见附录B)查出动力粘度系数?、?；

( 3)．在打开流量调节阀前，检查压差计液面是否齐平。若不平，则须排气；

的时间，同时读取压差计的液柱标高；

( 6)．然后再调小流量。在调流量的过程中，要一直观察压差计液面的变化，直到调至合适的压差。再重复步骤5，共测18组数据；

六、注意事项

1、在实验的整个过程中，要求始终保持少量溢流；

2、本实验要求流量从大到小逐渐调整，同时实验过程的中流量调节阀阀不得

3、当实验进行到和定要小，使得流量及压差的变化间隔要小；

4、实验点分配要合理，在层流、紊流段各测五个点，过渡状态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？

液体流动状态及其转变说明了流体流动质点之间相互作用的表现形式不同。层流主要表现为液体质点间的摩擦和变形，而紊流主要表现为液体质点间的相互撞击和掺混；过渡部分为临界状态。也即当流速很小时，粘性力较大，惯性力较小，粘性力起了主导作用，流动表现为层流状态；当流速很大时，粘性力较小，惯性力较大，惯性力起了主导作用，流动表现为紊流状态。

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？

因为从大流量到小流量的过程中，只要流速达到临界流速，其流动状态就会立即发生改变，而小流量到大流量的过程中，当流速达到临界流速时，由于惯性力比较小，流体质点无法发生横向运动，仍保持层流状态，致使临界流速有时能达到相当大数值，这会使测得的下临界雷诺数误差较大。故在确定下临界雷诺数的实验过程中要求从大流量到小流量慢慢调节，且中见不可逆转。这更有有利于数据的测量和提高实验的成功率。

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？

因为当变换管径或变换流动介质时，临界速度会发生变化。因而用临界速度来判别流 4

态是不全面的。根据相似原理想到可以通过雷诺数来判断流态，反应了流速、管径和流体物理性质对流态的影响，综合了引起流动阻力的内因和外因，揭示了流动阻力的物理本质。 我组的测量值与标准值接近，Rec=2164 在Rec=2000——2300之间

但不十分精确，主要原因如下：

（1） 在控制高差的时候不易控制好，使得测量有误差。

（2） 实验开始时。液柱高度可能并不太在一条水平线上，在接下来的测量也会中造成误

差。

（3） 在流速变化时，液柱上下摆动，不稳定，给读数造成了一点误差。

（4） 在用量筒接水时，计时与体积有可能存在不协调的情况，加上读数误差，使测量值

与标准值虽接近。但并不十分精确。

八、心得体会

通过本实验，学会了测定液体运动时的沿程水头损失和测定水平流速的方法。并学会了如何绘制流态曲线图，并且找出了下临界点和计算出了雷诺数值。本实验存在记录不同步，调节不平缓，读书不准确等误差，有待完善。

5

 

第二篇：流动状态

中国石油大学（华东） 流体力学 实验报告

实验日期： 成绩：

班级： 学号： 姓名： 教师：

同组者：

实验六、流动状态实验

一、实验目的

1.测定液体运动时的沿程水头损失（

2.绘制流态曲线（

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。

hf）及断面的平均流速（v）。 lghf?lgv）图，找出下临界点并计算临界雷诺数（Rec）的值。

图6-1 流态实验装置

；；

；；

；；

三、实验原理

1.液体在同一管道中流动，当速度不同时有层流、紊流两种状态。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阶段，它的沿程水头损失与断面平均流速的关系与层流、紊流的不同。

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，即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：

vpvhf?(z1??1)?(z2?2?2)?2g?2g

pp?(z1?1)?(z2?2)p122??

?h1?h2??h （1-6-1）

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 — 断面平均流速；

? — 运动粘度。

当

当

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：?= 998.11 kg/m3； 动力粘度系数：?= 0.9810×10-3Pa?s； 运动粘度系数：?= 0.9829×10-6m2/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 Re?Rec（下临界雷诺数）时，为层流，其中Rec?2000~2320； Re?Rec'（上临界雷诺函数）时，为紊流，其中Rec'?4000~12000。

以其中一组数据写出计算实例。

以第四组数据为例：

由Q?

V

得管内水流量 t

Q 4 ?

V 950 ? 10 ? 6

? ? 36 . 012m 3 s t 26 . 38

已知实验管内径，由v?

Q

，代入得： 21

?D

v4 ?

Q ? 45 . 875 ? 10 ? 2 ms

? 2 2 ? 3 . 14 ? (1 . 0 ? 10 )

4

Dv

最后由雷诺数Re的计算公式Re?

?

得

? ? 2 ? 2 Dv 1 .0 ? 10 45 . 875 ? 10

? ? ? 3663 Re . 87

? 6 ? 0 . 9829 ? 10

3．要求：

（1）在双对数坐标纸上绘制hf?v关系曲线图

（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为（22.681，2.2）临界速度为vc?22.861?10?2m/s，由雷诺数计算公式Re?

Dv

?

，

1.0?10?2?22.861?10?2

??2216.29 即Rec??6?1.0315?10

Dvc

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，使液面恒定，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。若不平，则须排气。 4.将流量调节阀打开，直至流量最大。

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标高。

6.调小流量，在调节流量的过程中要一直观察压差计的液面变化，直到调至合适的压差，然后再重复步骤5，公测18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?和密度?。

8.关闭水泵电源和流量调节阀，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流。

2.本实验要求流量从大到小逐渐调整，同时在实验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，使流量及压差的变化间隔小。

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：说明了流体阻力产生的根本原因，即流体流动的过程中，质点的摩擦所表现出的粘性和指点的撞击所表现出的惯性。

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：因为当流体的流动状态在层流与紊流之间变化的过程中，雷诺数有一个变化过程，本实验需要确定流量由大到小变化时，层流与过渡状态界限处的下临界雷诺数，实验过程中逆转流量，会使得临界值变化，引入实验误差。

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：因为在雷诺数规定的两种流动状态，分别由粘性与惯性作为阻力的主要部分，在临界雷诺数Rec前后，流体的流态变化明显，分为层流与紊流，因而利用临界雷诺数判断流体的流动状态。

八、心得体会

通过这次实验，我学会了如何测定液体运动时的沿程水头损失（hf）及断面的平均流速（v），和如何绘制流态曲线（lghf?lgv）图，怎样能找出下临界点并计算临界雷诺数（Rec）的值。学会使用流量实验装置。

实验过程中，需要几人配合，分工合理，还需要有很大的耐心，测定体积时做到尽量减

小误差。才能是实验得到较为准确的数据，得出最正确的实验结果。