雷諾實(shí)驗(yàn)和伯努利實(shí)驗(yàn)報(bào)告

化工原理實(shí)驗(yàn)柏努利實(shí)驗(yàn)PAGE4實(shí)驗(yàn)七雷諾實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、觀察液體流動(dòng)時(shí)的層流和紊流現(xiàn)象。區(qū)分兩種不同流態(tài)的特征，搞清兩種流態(tài)產(chǎn)生的條件。分析圓管流態(tài)轉(zhuǎn)化的規(guī)律，加深對(duì)雷諾數(shù)的理解。2、測(cè)定顏色水在管中的不同狀態(tài)下的雷諾數(shù)及沿程水頭損失。繪制沿程水頭損失和斷面平均流速的關(guān)系曲線，驗(yàn)證不同流態(tài)下沿程水頭損失的規(guī)律是不同的。進(jìn)一步掌握層流、紊流兩種流態(tài)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性與動(dòng)力學(xué)特性。3、通過對(duì)顏色水在管中的不同狀態(tài)的分析，加深對(duì)管流不同流態(tài)的了解。學(xué)習(xí)古典流體力學(xué)中應(yīng)用無量綱參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的方法，并了解其實(shí)用意義。二、實(shí)驗(yàn)原理1、液體在運(yùn)動(dòng)時(shí)，存在著兩種根本不同的流動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)液體流速較小時(shí)，慣性力較小，粘滯力對(duì)質(zhì)點(diǎn)起控制作用，使各流層的液體質(zhì)點(diǎn)互不混雜，液流呈層流運(yùn)動(dòng)。當(dāng)液體流速逐漸增大，質(zhì)點(diǎn)慣性力也逐漸增大，粘滯力對(duì)質(zhì)點(diǎn)的控制逐漸減弱，當(dāng)流速達(dá)到一定程度時(shí)，各流層的液體形成渦體并能脫離原流層，液流質(zhì)點(diǎn)即互相混雜，液流呈紊流運(yùn)動(dòng)。這種從層流到紊流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，反應(yīng)了液流內(nèi)部結(jié)構(gòu)從量變到質(zhì)變的一個(gè)變化過程。液體運(yùn)動(dòng)的層流和紊流兩種型態(tài)，首先由英國物理學(xué)家雷諾進(jìn)行了定性與定量的證實(shí)，并根據(jù)研究結(jié)果，提出液流型態(tài)可用下列無量綱數(shù)來判斷：Re=Vd/νRe稱為雷諾數(shù)。液流型態(tài)開始變化時(shí)的雷諾數(shù)叫做臨界雷諾數(shù)。在雷諾實(shí)驗(yàn)裝置中，通過有色液體的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，可以將兩種流態(tài)的根本區(qū)別清晰地反映出來。在層流中，有色液體與水互不混慘，呈直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在紊流中，有大小不等的渦體振蕩于各流層之間，有色液體與水混摻。2、在如圖所示的實(shí)驗(yàn)設(shè)備圖中，取1-1，1-2兩斷面，由恒定總流的能量方程知：因?yàn)楣軓讲蛔僔1=V2△h所以，壓差計(jì)兩測(cè)壓管水面高差△h即為1-1和1-2兩斷面間的沿程水頭損失，用重量法或體積濁測(cè)出流量，并由實(shí)測(cè)的流量值求得斷面平均流速，作為lghf和lgv關(guān)系曲線，如下圖所示，曲線上EC段和BD段均可用直線關(guān)系式表示，由斜截式方程得：lghf=lgk+mlgvlghf=lgkvmhf=kvmm為直線的斜率式中：實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明EC=1，θ=45°，說明沿程水頭損失與流速的一次方成正比例關(guān)系，為層流區(qū)。BD段為紊流區(qū)，沿程水頭損失與流速的1.75~2次方成比例，即m=1.75~2.0，其中AB段即為層流向紊流轉(zhuǎn)變的過渡區(qū)，BC段為紊流向?qū)恿鬓D(zhuǎn)變的過渡區(qū)，C點(diǎn)為紊流向?qū)恿鬓D(zhuǎn)變的臨界點(diǎn)，C點(diǎn)所對(duì)應(yīng)流速為下臨界流速，C點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的雷諾數(shù)為下監(jiān)界雷諾數(shù)。A點(diǎn)為層流向紊流轉(zhuǎn)變的臨界點(diǎn)，A點(diǎn)所對(duì)應(yīng)流速為上臨界流速，A點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的雷諾數(shù)為上臨界雷諾數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備下圖是流態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置圖。它由能保持恒定水位的水箱，試驗(yàn)管道及能注入有色液體的部分等組成。實(shí)驗(yàn)時(shí)，只要微微開啟出水閥，并打開有色液體盒連接管上的小閥，色液即可流入圓管中，顯示出層流或紊流狀態(tài)。圖7-1自循環(huán)液體兩種流態(tài)演示實(shí)驗(yàn)裝置圖1、自循環(huán)供水器；2、實(shí)驗(yàn)臺(tái)；3、可控硅無級(jí)調(diào)速器；4、恒壓水箱；5、有色水水管；6、穩(wěn)水孔板；7、溢流板；8、實(shí)驗(yàn)管道；9、實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥供水流量由無級(jí)調(diào)速器調(diào)控，使恒壓水箱4始終保持微溢流的程度，以提高進(jìn)口前水體穩(wěn)定度。本恒壓水箱還設(shè)有多道穩(wěn)水隔板，可使穩(wěn)水時(shí)間縮短到3～5分鐘。有色水經(jīng)水管5注入實(shí)驗(yàn)管道8，可據(jù)有色水散開與否判別流態(tài)。為防止自循環(huán)水污染，有色指示水采用自行消色的專用有色水。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、開啟電流開關(guān)向水箱充水，使水箱保持溢流。2、微微開啟泄水閥及有色液體盒出水閥，使有色液體流入管中。調(diào)節(jié)泄水閥，使管中的有色液體呈一條直線，此時(shí)水流即為層流。此時(shí)用體積法測(cè)定管中過流量。3、慢慢加大泄水閥開度，觀察有色液體的變化，在某一開度時(shí)，有色液體由直線變成波狀形。再用體積法測(cè)定管中過流量。4、繼續(xù)逐漸開大泄水閥開度，使有色液體由波狀形變成微小渦體擴(kuò)散到整個(gè)管內(nèi)，此時(shí)管中即為紊流。并用體積法測(cè)定管中過流量。5、以相反程序，即泄水閥開度從大逐漸關(guān)小，再觀察管中流態(tài)的變化現(xiàn)象。并用體積法測(cè)定管中過流量。五、繪圖分析在雙對(duì)數(shù)紙上以V為橫坐標(biāo)，hf為縱坐標(biāo)，繪制lgV~lghf曲線，并在曲線上找上臨界流速VK上，計(jì)算上臨界雷諾數(shù)REK上并定出兩段直線斜率m1，m2。三、實(shí)驗(yàn)裝置及流程試驗(yàn)前，先關(guān)閉試驗(yàn)導(dǎo)管出口調(diào)節(jié)閥，并將水灌滿流水糟，然后開啟調(diào)節(jié)閥，水由進(jìn)水管送入流水槽，流經(jīng)水平安裝的試驗(yàn)導(dǎo)管后，試驗(yàn)導(dǎo)管排出水和溢流出來的水直接排入下水道。流體流量由試驗(yàn)導(dǎo)管出口閥控制。進(jìn)水管調(diào)節(jié)閥控制溢流水槽內(nèi)的溢流量，以保持槽內(nèi)液面穩(wěn)定，保證流動(dòng)系統(tǒng)在整個(gè)試驗(yàn)過程中維持穩(wěn)定流動(dòng)。d=18mmd=30mmd=18mmd=30mm圖1圖1柏努利實(shí)驗(yàn)裝置圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）演示1、靜止流體的機(jī)械能分布及轉(zhuǎn)換將試驗(yàn)導(dǎo)管出口閥全部關(guān)閉，以便于觀察（也可在測(cè)壓管內(nèi)滴入幾滴紅墨水），觀察A、B、C、D點(diǎn)處測(cè)壓管內(nèi)液柱高低。2、一定流量下流體的機(jī)械能分布及轉(zhuǎn)換緩慢調(diào)節(jié)進(jìn)水管調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)流量使溢流水槽中有足夠的水溢出，再緩慢慢開啟試驗(yàn)導(dǎo)管出口調(diào)節(jié)閥，使導(dǎo)管內(nèi)水流動(dòng)（注意出口調(diào)節(jié)閥的開度，在實(shí)驗(yàn)中能始終保持溢流水槽中有水溢出），當(dāng)觀察到試驗(yàn)導(dǎo)管中部的兩支測(cè)壓水柱略有差異時(shí)，將流量固定不變，當(dāng)各測(cè)壓管的水柱高度穩(wěn)定不變時(shí)，說明導(dǎo)管內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)穩(wěn)定?？砷_始觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。3、不同流量下穩(wěn)定流體機(jī)械能分布及轉(zhuǎn)換連續(xù)緩慢地開啟試驗(yàn)導(dǎo)管的出口閥，調(diào)節(jié)出口閥使流量不斷加大，觀察A、B、C、D處測(cè)壓管內(nèi)液柱變化。（二）實(shí)驗(yàn)1、流量一定，確定流體各截面靜壓能．接演示部分，試驗(yàn)導(dǎo)管內(nèi)流量達(dá)到穩(wěn)定后，取一量筒和秒表，在導(dǎo)管出口，用體積法測(cè)流量，并對(duì)壓差計(jì)讀數(shù)進(jìn)行校核看是否與式（2）計(jì)算結(jié)果相等。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)處理1、實(shí)驗(yàn)設(shè)備基本參數(shù)dl=30mm，d2=18mm2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及整理表1實(shí)驗(yàn)記錄表序號(hào)H,h1h2h3h4h5h6h7h8V，mlt,s133253380331033103310332032503320100014.53233103370331033103290330032203300100013.72332003300320032103200320531003190100011.831、計(jì)算壓強(qiáng)：由壓強(qiáng)換算公式:得：例：3325=2、計(jì)算速度：由公式得：列舉序號(hào)1計(jì)算如下：表2實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理表序號(hào)靜壓強(qiáng)，Pa1326163246932469318800.097360.27652324693246932273315560.10310.28643313903139031390304090.11960.3322由核算A與B、C與D是否與上式相等當(dāng)液體流經(jīng)的系統(tǒng)為一水平裝置的管道時(shí)，由于A點(diǎn)與B點(diǎn)高度，即,可簡(jiǎn)化為由得只需核算是否相等即可可知，A點(diǎn)截面靜壓能和B點(diǎn)截面靜壓能并不相等。同上，分別核算同一高度A與B和同一高度的C與D，是否相等，并將結(jié)果列于下表：序號(hào)靜+動(dòng)壓頭，，132.65432.474232.51032.474331.44531.397表三核算結(jié)果序號(hào)靜+動(dòng)壓頭，，132.47431.918232.27831.627331.39730.464由上表比較得，同一高度下的兩點(diǎn)截面靜壓能并不相等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與總結(jié)由上表比較得，同一高度下的兩點(diǎn)截面靜壓能并不相等，該式是理想流體在管內(nèi)穩(wěn)定流動(dòng)，無外加能量和損失情況下可相等，實(shí)際流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)有流動(dòng)阻力、管壁摩擦力等阻力存在，不能做到完全相等，但結(jié)果相近。對(duì)于實(shí)際流體Hf>0，則各截面的機(jī)械能之和必隨流過距離的增加而減小，之間的差值即為阻力損失壓頭。實(shí)際流體流動(dòng)過程中的各種阻力均與流速有關(guān)。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1.本實(shí)驗(yàn)裝置系演示儀器，因此所測(cè)得的數(shù)值精確度較差，但在一定情況下仍能定量地說明問題。2．高位槽的水位一定要和溢流口相齊，否則流動(dòng)不穩(wěn)定，造成很大實(shí)驗(yàn)誤差。3．若管內(nèi)或各測(cè)壓點(diǎn)處有氣泡，要及時(shí)排除以提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。4．有的標(biāo)尺固定不緊，因振動(dòng)會(huì)上下移動(dòng)，應(yīng)及時(shí)予以調(diào)整。5．測(cè)壓孔有時(shí)會(huì)被堵塞，造成測(cè)壓管液位升降不靈，此時(shí)可用吸球在測(cè)壓孔上端吸放幾次即可疏通。七、思考題1、管內(nèi)的空氣泡會(huì)干擾實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，請(qǐng)問怎樣排除?答：調(diào)節(jié)流量，調(diào)節(jié)壓力，但不超過最大壓力。2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否與理論結(jié)果相符合？解釋其原因。答：不相符，因?yàn)樵撌绞抢硐肓黧w在管內(nèi)穩(wěn)定流動(dòng)，無外加能