實驗六、流動狀態實驗
一、實驗目的
1．測定液體運動時的沿程水頭損失（）及斷面的平均流速 ；
2．在雙對數座標上繪製流態（—）曲線圖，找出下臨界點並計算雷諾數的值。
二、實驗裝置
本室驗的裝置如圖所示。本實驗所用的裝置有流態實驗裝置、量筒、秒錶、溫度計及粘溫表。
在圖1-6-1橫線上正確填寫實驗裝置各部分的名稱
圖1-6-1 流態實驗裝置
1. 穩壓水箱 ；2. 進水管 ；3. 試驗管路 ；
4. 試驗管路 ；5. 壓差計 ；6 流量調節閥 ；
7. 回流管線 ；8. 試驗台 ；9. 蓄水箱 ；
10. 抽水幫浦 ；11. 出水管
三、實驗原理填空
1．液體在同一管道中流動，當速度不同時有層流、紊流兩種流動狀態的特點是質點互不摻混，成線狀流動。在紊流中流體的各質點相互摻混，有脈動現象。
不同的流態，其沿程水頭損失與斷面平均速度的關係也不相同。層流的沿程水頭損失與斷面平均流速的一次方成正比；紊流的沿程水頭損失與斷面平均速度的m次方成正比 (m= 1.75~2 ) 。
層流與紊流之間存在乙個過渡區，它的沿程水頭損失與斷面平均流速關係與層流、紊流的不同。
2．當穩壓水箱一直保持溢流時，實驗管路水平放置且管徑不變，流體在管內的流動為穩定流 ，此種情況下v1=v2。那麼從a點到b點的沿程水頭損失為hf，可由能流量方程匯出：
h1、h2分別是a點、b點的測壓管水頭，由壓差計中的兩個測壓管讀出。
3．雷諾數（reynolds number）判斷流體流動狀態。雷諾數的計算公式為：
—圓管內徑；—斷面平均速度；—運動粘度係數
當（下臨界雷諾數）為層流， =2000~2320；
當（上臨界雷諾數）為紊流， =4000~12000之間。
四、實驗要求
1．有關常數實驗裝置編號：no. 10
實驗管內徑：d= 1.0 cm； 水溫：t= 20.4 ℃；
水的密度： = 0.998125 g/cm； 動力粘度係數： = 0.993 mpas；
運動粘度係數： = 9.949×10-3cm2/s。
2、以表1-6-1中的任意一組資料為例 ，寫出計算例項（包含計算公式、資料及結果）。
（1 ）沿程水頭損失： = h1- h2=56.4-15.4=41.0(cm)
（2）運動粘度係數： =μ/ρ=0.993÷998.125=9.949×10-3(cm2/s)
（3）流量： = v/t=965÷12.19=79.16(ml/s)
（4）斷面平均速度：v =4 q/πd2=(4×79.16) ÷(3.14×12)=100.84(cm/s)
（5）雷諾數： = v d/ν=100.84×1÷9.949×10-3=10626
3．實驗資料記錄處理見表1-6-1。
表1-6-1 流動狀態實驗資料記錄處理表
4、在雙對數座標紙上繪製的關係曲線圖
5、確定下臨界點，找出臨界點速度，並寫出計算臨界雷諾數的過程。
=21.41(cm/s)
= v d/ν=21.41×1÷9.949×10-3=2256.0
五、實驗步驟填空正確排序
（4）．將流量調節閥開啟，直至流量最大；
（1）．熟悉儀器，開啟開關12啟動抽水幫浦；
（8）．關閉水幫浦電源和流量調節閥，並將實驗裝置收拾乾淨整齊。
（5）．待管內液體流動穩定後，用量筒量測水的體積，用秒錶測出時間。記錄水的體積及所用
(2 )．向穩壓水箱充水使液面恆定，並保持少量溢流；
(7 )．測量水溫，利用水的粘溫表（見附錄b)查出動力粘度係數、；
(3)．在開啟流量調節閥前，檢查壓差計液面是否齊平。若不平，則須排氣；
的時間，同時讀取壓差計的液柱標高；
(6 )．然後再調小流量。在調流量的過程中，要一直觀察壓差計液面的變化，直到調至合適的壓差。再重複步驟5，共測18組資料；
六、注意事項
1、在實驗的整個過程中，要求穩壓水箱始終保持少量溢流；
2、本實驗要求流量從大到小逐漸調整，同時實驗過程的中流量調節閥閥不得逆轉 ；
3、當實驗進行到過渡層和層流段時，要特別注意流量調節閥的調節幅度一定要小，使得流量及壓差的變化間隔要小；
4、實驗點分配要合理，在層流、紊流段各測五個點，過渡狀態6-8個點。
七、問題分析
1．液體流動狀態及其轉變說明了什麼本質問題？
答：流體流動狀態受兩個因素的影響，乙個是其粘性阻力，乙個是慣性力。層流狀態時主要受粘性阻力的影響；紊流狀態時主要表現為液體質點的互相碰撞和摻混，即其慣性力起主導作用；臨界狀態則表現為層流到紊流的過渡。
兩種流態的轉變說明了流體流動阻力從量變到質變的發展過程。
2．為什麼在確定下臨界雷諾數的實驗過程中要求從大流量到小流量慢慢調節，且中間不得逆轉？
答：因為上臨界雷諾數和下臨界雷諾數大小不一樣，上臨界相比於下臨界的要大，且不穩定。一旦逆轉，則下其臨界雷諾數就會出現很大的誤差。
3．為什麼將臨界雷諾數作為判斷流態的準數？你的實測值與標準是否接近？
答：因為臨界雷諾數的物理意義是：慣性力和粘性力的比值。
在不同的流態中，不同的力起主導作用。層流中粘性力起主導作用，紊流中慣性力起主導作用。而雷諾數能很好地反映這一點。
隨著流速的增大，慣性力隨著增大，雷諾數也增大。由雷諾數值的變化，能反映其流態的乙個轉變。
八、心得體會
答:通過這次實驗，切實的認識到流動狀態從紊流到層流的過程，在實驗過程中要注意秒錶的時間與量筒接水的時間相對應，同事還要注意量筒一定要小心使用，在此過程中，尤其要注意不能逆轉水流旋鈕。
流動狀態中國石油大學 華東 流體力學實驗報告
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