水力学（流体力学）实验指导书 - 图文

实验四 雷诺实验

一、实验目的

1、观察层流和紊流的流动特征及其转变情况，以加深对层流、紊流形态的感性认识。

2、测定层流与紊流两种流态与断面平均流速之间的关系。 3. 通过实验计算临界雷诺数 二、实验设备(见实体实验装置) 三、实验原理

同一种液体在同一管道中流动，当流速不同时，液体可有两种不同的流态。 在实验过程中，保持水箱中的水位恒定，即水头H不变。管路中出口阀门开启较小，在管路中就有稳定的平均流速V，这时候如果微启带色水阀门，带色水就会与无色水在管路中沿轴线同步向前流动，带色水呈一条带色直线，为层流运动。如果将出口阀门逐渐开大，管路中的带色直线出现脉动，流体质点还没有出现相互交换的现象，流体的流动呈临界状态。如果将出口阀门继续开大，出现流动质点的横向脉动，使色线完全扩散与无色水混合，此时流体的流动状态为紊流运动。

在圆管流动中采用雷诺数来判别流态：

?dV?d2由于雷诺数：Re? (其中：υ= Q /A ，Q? ; A?)

T?4式中： d ─管径（cm） υ－流体流速（cm/s）

ν －流体的运动粘度（cm 2/s）

Q ─ 流 量 （cm3/s） A－管路的横截面积（cm 2） V---重量法测量体积（cm3 ） T---时间（s）

当Re?Rec(下临界雷诺数)时为层流状态，Rec?2320；

Re?Rec'(上临界雷诺数)时为紊流状态，Rec'在4000?12000之间。

四、实验步骤

1.启动水泵，向稳压水箱加水。水箱水满之后，将进水阀门关小，使水箱的水位保持有一定的溢流。

2.微开出水阀门，使实验管中的水流有稳定而较小的流速。

3.微开颜色水液罐下的小阀门，使色液从细管中不断流出，此时，可能看到管中的色液液流与管中的水流同步在直管中沿轴线向前流动，色液呈现一条细直流线，这说明在此流态下，流体的质点没有垂直于主流的横向运动，有色直线没有与周围的液体混杂，而是层次分明的向前流动。此时的流体即为层流。（若看不到这种现象，可再逐渐关小阀门，直到看到有色直线为止）

4.逐渐缓慢开大阀门至一定开度时，可以观察到有色直线开始出现脉动，但流体质点还没有达到相互交换的程度，此时，即象征为流体流动状态开始转换的临界状态（上临界点），当时的流速即为上临界流速。

5.继续开大阀门，即会出现流体质点的横向脉动，继而色线会被全部扩散与水混合，此时的流态即为紊流。此后，如果把阀门逐渐关小，关小到一定开度时，又可以观察到流体的流态从紊流转变到层流的临界状态（下临界点）。继续关小阀门，试验管中会再次出现细直色线，流体流态转变为层流。

6.在两种临界状态下分别用小桶、秒表即重量法测量体积，计录时间T和重量m，水温。

7.按以上步骤反复重复测量3次。将测试结果记入实验记录表中。

8.计算临界雷诺数Rek 五、注意事项

1、水箱水满之后，进水阀门一定要关小，使水箱的水位保持有一定的溢流，界面一定要平稳成为恒定流。

2、颜色水阀门一定要调劲量小。 3、测量重量时间不要过小。

六、实验数据计算和处理

常数： 管径d= cm; 断面面积A= cm 2

水温 t = 度； 粘滞系数ν= cm 2/s

临界 测重量 状态 次 g m 上 临 界 下 临 界

时间 s t 体积 g/cm3 V 流量 cm3/s Q=V/t 临界流速 cm/s υ=Q/A 临界 雷诺数 Re?平均值 ?d ?Re 1 2 3 1 2 3

实验五 管道沿程水头损失实验

一、实验目的

1、测定稳定均匀流在不同流速时沿程水头损失系数?的方法，并分析其规律。 2、了解不同流态时沿程阻力系数λ和雷诺数Re的关系。 3、绘制沿程水头损失系数?与雷诺数Re的对数关系曲线。 二、实验设备(见实体实验装置) 三、实验原理

对通过一等直径管道中的恒定水流，在任意两过水断面1?1、2?2上写能量方程，可得

hf??z1?p1/?g???z2?p2/?g?

由此表明，两测压管内液柱的高差，就是L长度的沿程水头损失hf。

lv2 hf??d2g 式中：d：实验管内径（m） L：两测点距离（m） υ：流速（m/s）

通过实验得到

hf，再通过计量水箱测量出流体的流量，计算出流体的流速

υ，既可求得沿程阻力系数λ：

???z1?p1/?g???z2?p2/?g??lv2d2ghf lv2d2g 在实验中，通过配合调节实验管道入口处和出口处阀门，改变管内流速时，

测压管中

的液柱高差也随之变化，由此可得出一系列的流速和相应的沿程水头损失。把所测实验数据换算为对数值， 四、实验步骤

1.熟悉实验设备装置的结构及其流程记录有关常数。

2.检查传感压差计的连接管中是否有气，液面是否齐平，若不平，则需排气调