流动状态中国石油大学(华东)流体力学实验报告

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）及断面的平均流速(v)；

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临界雷诺数(Rec)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 ；进水管溢流管 4. ；5. 压差计 ；6. 流量调压阀 7. 回流管线 ；8. 实验台 ；9. 10. 抽水泵 ；11. 出水管

；

蓄水箱 ；

三、实验原理 填空

1．液体在同一管道中流动，当速度不同时有层流、紊流两种流动状态。层流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一次方成正比；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：

v12p2v22

hf(z1)(z2)

2g2g

pp

(z11)(z22)h1h2h

p1



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；—运动粘度系数

当ReRec（下临界雷诺数）为层流，Rec=2000~2320；

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

四、实验要求

1．有关常数： 实验装置编号：6 实验管内径：D= 1.0 cm； 水温：T= 16.6 ℃；

水的密度：=0.998868g/cm3； 动力粘度系数：= 1.09412 mPas； 运动粘度系数：= 0.0109536 cm2/s。

2、以表1-6-1中的任意一组数据为例 ，写出计算实例（包含计算公式、数据及结果）。

（1 ）沿程水头损失：

22v1p2v2

hf(z1)(z2)

2g2g

p1

(z1

p1



)(z2

p2



)

h1h254.713.441.3cm

（2）运动粘度系数：

=

（3）流量：



g



1.09412

106100000.0109536cm2/s

0.998868

Q

（4）断面平均速度：

VV1000=82.644ml/s tt12.10

v

（5）雷诺数：

Q4Q482.644105.2264cm/s 2Ad

102105.2254102Re9606.5

0.0109536104

Dv

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

图1 hfv的关系曲线图

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=25.049cm/s

10225.0491022286.9 Rec=0.0109536104

Dv

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？

流动状态的转变在本质上表现为受力的不同。流体流动中永远存在着质点的摩擦与撞击现象。在层流状态，质点摩擦所表现出的粘性力起主要作用；而在湍流状态，以质点发生碰撞引起速度变化而表现的惯性力为主。

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？

（1）当从小到大调节流量时，流体内粘性力与惯性力逐渐接近，当两力作用近似相等时，流体仍保持原层流状态，故当流体变为湍流，已经是惯性力占主导，故此时为上临界雷诺数；反之，若从大到小调节流量，当发生流型变化时，粘性力占主导，此时所测雷诺数为下临界雷诺数。

（2）实验过程中如果逆转，将导致流动状态不按下降时的轨迹，导致实验误差变大。

因此，要求从大流量到小流量慢慢调节，且中间不得逆转

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？

当变换管径或变换流动介质时，流动状态会发生变化，及同一种流体在不同管径的管道中流动，其临界速度不同；同一管道中，不同流体流动时，其临界流速也不同；即使同一管道同一流体，因流体温度不同，临界流速也可能不同 ，因此，用临界流速来判别流态时存在着针对性而且不方便。因此我们采用无因次数雷诺数来作为判断流态的准数。

通过实验，我组所测雷诺数为2286.9，位于2000~2300之间。实验时也存在误差，主要有：

（1）实验时难以保证管道不受振动；

（2）在流体为过渡阶段时，液面浮动很大，读数难以精确； （3）操作时人为误差也会影响实验结果精确性。

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）及断面的平均流速(v)；

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临界雷诺数(Rec)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 ；进水管溢流管 4. ；5. 压差计 ；6. 流量调压阀 7. 回流管线 ；8. 实验台 ；9. 10. 抽水泵 ；11. 出水管

；

蓄水箱 ；

三、实验原理 填空

1．液体在同一管道中流动，当速度不同时有层流、紊流两种流动状态。层流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一次方成正比；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：

v12p2v22

hf(z1)(z2)

2g2g

pp

(z11)(z22)h1h2h

p1



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；—运动粘度系数

当ReRec（下临界雷诺数）为层流，Rec=2000~2320；

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

四、实验要求

1．有关常数： 实验装置编号：6 实验管内径：D= 1.0 cm； 水温：T= 16.6 ℃；

水的密度：=0.998868g/cm3； 动力粘度系数：= 1.09412 mPas； 运动粘度系数：= 0.0109536 cm2/s。

2、以表1-6-1中的任意一组数据为例 ，写出计算实例（包含计算公式、数据及结果）。

（1 ）沿程水头损失：

22v1p2v2

hf(z1)(z2)

2g2g

p1

(z1

p1



)(z2

p2



)

h1h254.713.441.3cm

（2）运动粘度系数：

=

（3）流量：



g



1.09412

106100000.0109536cm2/s

0.998868

Q

（4）断面平均速度：

VV1000=82.644ml/s tt12.10

v

（5）雷诺数：

Q4Q482.644105.2264cm/s 2Ad

102105.2254102Re9606.5

0.0109536104

Dv

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

图1 hfv的关系曲线图

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=25.049cm/s

10225.0491022286.9 Rec=0.0109536104

Dv

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？

流动状态的转变在本质上表现为受力的不同。流体流动中永远存在着质点的摩擦与撞击现象。在层流状态，质点摩擦所表现出的粘性力起主要作用；而在湍流状态，以质点发生碰撞引起速度变化而表现的惯性力为主。

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？

（1）当从小到大调节流量时，流体内粘性力与惯性力逐渐接近，当两力作用近似相等时，流体仍保持原层流状态，故当流体变为湍流，已经是惯性力占主导，故此时为上临界雷诺数；反之，若从大到小调节流量，当发生流型变化时，粘性力占主导，此时所测雷诺数为下临界雷诺数。

（2）实验过程中如果逆转，将导致流动状态不按下降时的轨迹，导致实验误差变大。

因此，要求从大流量到小流量慢慢调节，且中间不得逆转

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？

当变换管径或变换流动介质时，流动状态会发生变化，及同一种流体在不同管径的管道中流动，其临界速度不同；同一管道中，不同流体流动时，其临界流速也不同；即使同一管道同一流体，因流体温度不同，临界流速也可能不同 ，因此，用临界流速来判别流态时存在着针对性而且不方便。因此我们采用无因次数雷诺数来作为判断流态的准数。

通过实验，我组所测雷诺数为2286.9，位于2000~2300之间。实验时也存在误差，主要有：

（1）实验时难以保证管道不受振动；

（2）在流体为过渡阶段时，液面浮动很大，读数难以精确； （3）操作时人为误差也会影响实验结果精确性。