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. ；

；；

；；

；

1

三、实验原理 填空

1．液体在同一管道中流动，当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= 1.75~2.0 ) 。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 p1p2?(z1?)?(z2?)?h1?h2??hp1??

h1、h2分别是A点、B点的测压管水头，由 压差计 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；?

当Re?

当Re?—运动粘度系数 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。 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= 18.9 ℃；

水的密度：?= 3； 动力粘度系数：?= ?s； 运动粘度系数：?= --22/s。

2、以表1-6-1中的任意一组数据为例 ，写出计算实例。

以第一组数据为例：

（1 ）水头损失：hf=h1?h2?55.3-8.7=46.60 cm

（2）运动粘度系数：?=?=1.0299×10-3×104/(0.998×1000)=1.032×10-2 cm2/s ?

（3）流量：Q=V=985/13.00=75.77 ml/s t

vd=96.47×1/1.032×10-2=9348.10 （4）断面平均速度：v =Q/A=75.77/(?×12/4)=96.47 cm/s （5）雷诺数：Re=?

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

2

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。

找出层流与过渡流的转折点（22.47,1.8）即为下临界点，且A点对应的速度即为临界速度vc 。

vc=22.47cm/s

22.47?10?2m/s?1?10?2mRec=?2177 1.032?10?6m2/s

与理论要求2000<Rec<2320进行比较可知：实验结果与理论相符

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；

4

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，同时实验过程的中流量调节阀阀不得 逆转 ；

3、当实验进行到 过渡段 和 层流段 时，要特别注意流量调节阀的调节幅度一定要小，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？

答：演示实验时，当逐渐增加流速，色液由平稳的直线到向周围紊乱的扩散，由层流状态过渡到紊流状态，当管内流速较小时，流体质点有序前进，质点之间以相互摩擦为主，局部障碍处存在质点碰撞；随着管内流速增加，流体质点开始发生碰撞，最终几乎以碰撞为主。

因此，流体运动流态及其转变说明了：流体在流动中永远存在质点的摩擦和撞击现象，流体质点由于相互摩擦所表现出的粘性，以及质点撞击引起速度变化所表现出的惯性，这也是流动阻力产生的根本原因。

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：从层流过渡到紊流与从紊流过渡到层流，临界流速不同，前者较大，后者较小。从大流量到小流量慢慢调节，从紊流过渡到层流，才能得到下临界雷诺数。从紊流过渡到层流，惯性影响不会很快减弱，数值变化相对平稳。由于工程管路的不平稳，上临界数变化大，下临界雷诺数相对稳定，因此选下临界雷诺数作为判别依据。

中间不能逆转是因为上下临界流速不同，因此正传和反转数值不对称，就会造成误差，实验结果不精确，可能得不到正确的雷诺数。

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：当变换管径或变换流动介质时，临界流速就要发生变化。因此，用临界流速判别流态不全面。而雷诺数Re是一个综合反映流动流体的速度、流体的性质以及管径的无量纲数。 雷诺数Re实际上表征了流动流体的惯性和粘性的比值。考虑到流动阻力产生的内因是：流体质点相互摩擦所表现的粘性以及质点碰撞所表现的惯性。因此：采用雷诺数这一无量纲数来判别流态，进而研究流动阻力的计算方法，是合理的。不同的流体，不同的直径管路，虽然临界流速不同，但临界雷诺数大致相同，进一步说明了用临界雷诺数作为判断流态的准数的可靠性。

下临界雷诺数Rec'的实测值为2177，理论值为2000~2300，故实测值与理

论值接近。

八、心得体会

5

 

第二篇：流体力学实验

分类号                                              密级

中国地质大学（北京）

工 程 流 体 力 学 实 验 报 告

题   目      能量方程实验  

学生姓名             侯冠丞              

学   院        工程技术学院          

专     业    机械设计制造及其自动化     

学     号          1002133209          

指导教师             王志乔              

二O一五年四月

 
一、实验目的

１、验证流体恒定总流的能量方程；

２、通过对动水力学诸多水力现象的实验分析研究，进一步掌握有压管流中动水力学的能量

转换特性；

３、掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验量测技能。

二：实验仪器

三：实验原理

实验管路中沿管内水流方向取n个过水断面。可以列出进口断面（1）至另一断面（i）的能量方程式（i=2，3, ? ? ,n）    

选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出值，测出通过管路的流量，即可计算出断面平均流速v及，从而即可得到各断面测管水头和总水头

四、实验方法与步骤

１、熟悉实验设备，分清哪些测管是普通测压管，哪些是毕托管测压管，以及两者功能的区别。

２、打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流，检查调节阀关闭后所有测压管水面是否齐平。如不平

则需查明故障原因（例连通管受阻、漏气或夹气泡等）并加以排除，直至调平。

３、打开阀１３，观察思考（１）测压水头线和总水头线的变化趋势；（２）位置水头、压强水头之

间的相互关系；（３）测点（２）、（３）测管水头同否？为什么？（４）测点（１２）、（１３）

测管水头是否不同？为什么？（５）流量增加或减少时测管水头如何变化？

４、调节阀１３开度，待流量稳定后，测计各测压管液面读数，同时测计实验流量（毕托管供演示用，

不必测记读数）。

５、改变流量２次，重复上述测量。其中一次阀门开度大到使１９号测管液面接近标尺零点。

五、实验数据

位置高度1：0cm              位置高度2：0cm                     位置高度3：0cm

管径1：14cm                  管径2：30cm                         管径3：14cm

六：误差分析

1.本实验毕托管的探头通常布设在管轴附近，其点流速水头大于断面平均流速水头

2.管处真空的形成

3.毛细现象的影响

七：实验结果及分析

在不考虑水头损论失的情况下，1,2,3处的总水头约相等。加上水头损失，1,2,3处的水头相等，即能量守恒:

分析： 

1、     测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？

    测压管水头线（P-P）沿程可升可降，线坡JP可正可负。而总水头线（E-E）沿程只降不升，线坡J恒为正，即J>0。这是因为水在流动过程中，依据一定边界条件，动能和势能可相互转换。     

2、     流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？ 

    有如下二个变化：（1）流量增加，测压管水头线（P-P）总降落趋势更显著；（2）测压管水头线（P-P）的起落变化更为显著。

3、  测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？ 

    测压管水头线和总水头线的变化趋势的不同之处：测压管水头线会随管径变化有较大的波动。当管径减小时，测压管水头线下降；当管径变大时，测压管水头线上升。而总水头沿流线方向有减小的趋势，变化较为平缓。 

原因是测压管水头线是沿水流方向各个测点的测压管液面的连线，它反应的是流体的势能。测压管水头线沿水流方向可能下降，也可能上升（当管径沿流向增大时）。因为管径增大时流速减小，动能减小而压能增大，如果压能的增大大于水头损失时，水流的势能就增大，测压管水头就上升。总水头线是在测压管水头线的基线上再加上流速水头，它反应的是流体的总能量，由于沿流向总是有水头损失，所以总水头线沿程只能的下降，不能上升

分类号                                              密级

中国地质大学（北京）

工 程 流 体 力 学 实 验 报 告

题   目    文 丘 里 流 量 计 实 验  

学生姓名             侯冠丞              

学   院        工程技术学院          

专     业    机械设计制造及其自动化     

学     号          1002133209          

指导教师             王志乔              

二O一五年四月

一、实验目的

１、通过测定流量系数，掌握文丘里流量计测量管道流量的技术；

２、掌握应用气—水多管压差计量测压差技术；

３、验证能量方程的正确性。

二：实验装置

三：实验原理

根据能量方程式和连续性方程式，可得不计阻力作用时的文氏管过水能力关系式        

  

式中：Δh为两断面测压管水头差。 

由于阻力的存在，实际通过的流量Q恒小于Q’。今引入一无量纲系数λ=Q/Q’（μ称为流量系数λ）对计算所得的流量值进行修正。

四、实验方法与步骤

１、测记各有关常数。

２、打开电源开关，全关阀１２，检核各测管液面读数ｈ１－ｈ２＋ｈ３－ｈ４是否为０，不为０时

需查出原因并予以排除。

３、全开调节阀１２检查各测管液面是否都处在滑尺读数范围内？否则，按下列步序调节：拧开气阀

８／将清水注入测管２、３／待ｈ２＝ｈ３≈２４ｃｍ，打开电源开关充水／待连通管无气泡，渐关

阀１２，并调开关３／至ｈ１＝ｈ２≈２８。５，即速拧紧气阀８。

４、全开调节阀门，待水流稳定后，读取各测压管的液面读数ｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４，并用秒表、

量筒测定流量。

５、逐次关小调节阀，改变流量７～９次，重复步骤４，注意调节阀门应缓慢。

６、把测量值记录在实验表格内，并进行有关计算。

７、如测管内液面波动时，应取时均值。

８、实验结束，需按步骤２校核压差计是否回零。

三、实验数据

管径1：2.6cm                          管径2：1.6cm

                                                                                                   

五：实验误差分析

1、有时水流不是很稳定导致误差； 

2、读数时尺子没有很好地对齐实验管子导致读书误差；

3、管道中气泡未能排尽导致实验误差；

4、体积法测流量时可能有部分水溅出而导致误差。

5实际流体在流动过程中受到阻力作用、有能量损失（或水头损失），而计算流量是假设流体没有阻力时计算得到的，所以计算流量恒大于实际流量

六.实验结论

                                                                              

七：实验注意事项

（1）改变流量时，需待开关改变后，水流稳定（至少3～5分钟），方可记录。 

（2）当管内流量较大时，测压管内水面会有波动现象。应读取波动水面的最高与最低读数的平均值作为该次读数

八、思考题

（1）收缩断面前与收缩断面后相比，哪一个压强大？为什么？ 

     答：收缩断面前压强较大，收缩断面后管道扩大形成漩涡，产生负压。  

（2）实测的μ值大于1还是小于1？ 

        答：实测μ< 1，实际流体存在粘性必引起阻力损失，从而减小过流能力所以μ< 1。  

（3）每次测出的流量系数μ值是否是常数？若不是则与哪些因素有关？  

     答：由测量计算数据可知μ不是常数，与流量Q的变化有关。