雷诺实验和伯努利实验报告
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实验七 雷诺实验
一、实验目的
1、观察液体流动时的层流和紊流现象。区分两种不同流态的特征，搞清两种流态产生的条件。分析圆管流态转化的规律，加深对雷诺数的理解。
2、测定颜色水在管中的不同状态下的雷诺数及沿程水头损失。绘制沿程水头损失和断面平均流速的关系曲线，验证不同流态下沿程水头损失的规律是不同的。进一步掌握层流、紊流两种流态的运动学特性与动力学特性。
3、通过对颜色水在管中的不同状态的分析，加深对管流不同流态的了解。学习古典流体力学中应用无量纲参数进行实验研究的方法，并了解其实用意义。 二、实验原理
1、液体在运动时，存在着两种根本不同的流动状态。当液体流速较小时，惯性力较小，粘滞力对质点起控制作用，使各流层的液体质点互不混杂，液流呈层流运动。当液体流速逐渐增大，质点惯性力也逐渐增大，粘滞力对质点的控制逐渐减弱，当流速达到一定程度时，各流层的液体形成涡体并能脱离原流层，液流质点即互相混杂，液流呈紊流运动。这种从层流到紊流的运动状态，反应了液流内部结构从量变到质变的一个变化过程。
液体运动的层流和紊流两种型态，首先由英国物理学家雷诺进行了定性与定量的证实，并根据研究结果，提出液流型态可用下列无量纲数来判断：
Re=Vd/ν
Re 称为雷诺数。液流型态开始变化时的雷诺数叫做临界雷诺数。
在雷诺实验装置中，通过有色液体的质点运动，可以将两种流态的根本区别清晰地反映出来。在层流中，有色液体与水互不混惨，呈直线运动状态，在紊流中，有大小不等的涡体振荡于各流层之间，有色液体与水混掺。
2、在如图所示的实验设备图中，取1-1，1-2两断面，由恒定总流的能量方程知：
f 2
22222
1111h g
2V a p z g 2V a p z ++
γ
+
=+γ+
因为管径不变V 1=V 2 ∴=
γ
+
-γ
+
=)p z ()p z (h 2211f △h
所以，压差计两测压管水面高差△h 即为1-1和1-2两断面间的沿程水头损失，用重量法或体积浊测出流量，并由实测的流量值求得断面平均流速A
Q V =
，作为lgh f 和lgv 关系曲线，如下图所示，
曲线上EC 段和BD 段均可用直线关系式表示，由斜截式方程得： lgh f =lgk+mlgv lgh f =lgkv m h f =kv m m 为直线的斜率
式中：1
2f
f v l
g v lg
h lg h lg tg m 1
2
--=
θ=
实验结果表明EC=1，θ=45°，说明沿程水头损失与流速的一次方成正比例关系，为层流区。BD 段为紊流区，沿程水头损失与流速的 1.75~2次方成比例，即m=1.75~2.0，其中AB 段即为层流向紊流转变的过渡区，BC 段为紊流向层流转变的过渡区，C 点为紊流向层流转变的临界点，C 点所对应流速为下临界流速，C 点所对应的雷诺数为下监界雷诺数。A
点为层流向紊流转变的临界点，
2 A 点所对应流速为上临界流速，A 点所对应的雷诺数为上临界雷诺数。
三、实验设备
下图是流态实验装置图。它由能保持恒定水位的水箱，试验管道及能注入有色液体的部分等组成。实验时，只要微微开启出水阀，并打开有色液体盒连接管上的小阀，色液即可流入圆管中，显示出层流或紊流状态。
图7-1 自循环液体两种流态演示实验装置图
1、自循环供水器；
2、实验台；
3、可控硅无级调速器；
4、恒压水箱；
5、有色水水管；
6、稳水孔板；
7、溢流板；
8、实验管道；
9、实验流量调节阀
供水流量由无级调速器调控，使恒压水箱4始终保持微溢流的程度，以提高进口前水体稳定度。本恒压水箱还设有多道稳水隔板，可使稳水时间缩短到3～5分钟。有色水经水管5注入实验管道8，可据有色水散开与否判别流态。为防止自循环水污染，有色指示水采用自行消色的专用有色水。
四、实验步骤
1、开启电流开关向水箱充水，使水箱保持溢流。
2、微微开启泄水阀及有色液体盒出水阀，使有色液体流入管中。调节泄水阀，使管中的有色液体呈一条直线，此时水流即为层流。此时用体积法测定管中过流量。
3、慢慢加大泄水阀开度，观察有色液体的变化，在某一开度时，有色液体由直线变成波状形。再用体积法测定管中过流量。
4、继续逐渐开大泄水阀开度，使有色液体由波状形变成微小涡体扩散到整个管内，此时管中即为紊流。并用体积法测定管中过流量。
5、以相反程序，即泄水阀开度从大逐渐关小，再观察管中流态的变化现象。并用体积法测定管中过流量。
五、绘图分析
在双对数纸上以V 为横坐标，h f 为纵坐标，绘制lgV~lgh f 曲线，并在曲线上找上临界流速V K 上，计算上临界雷诺数R EK 上ν
?=
d V k 上并定出两段直线斜率m 1，m 2。
1
2f
f v l
g v lg
h lg h lg m 1
2
--=
3
将从图上求得的m 值与各流区m 理论值进行比较，并分析不同流态下沿程水头损失的变化规律。
六、思考题
1、液体流态与哪些因素有关?为什么外界干扰会影响液体流态的变化?
2、雷诺数的物理意义是什么？为什么雷诺数可以用来判别流态？
3．临界雷诺数与哪些因素有关？为什么上临界雷诺数和下临雷诺数不一样？ 4．流态判据为何采用无量纲参数，而不采用临界流速？
5．分析层流和紊流在动力学特性和运动学特性方面各有何差异？
6．为何认为上临界雷诺数无实际意义，而采用下临界雷诺数作为层紊流的判据？本实验中如在相同条件下（环境、温度、仪器设备等）测出下临界雷诺数与所测上临界雷诺数有何异同？为什么？
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柏努利实验
一、实验目的
l 、研究流体各种形式能量之间关系及转换，加深对能量转化概念的理解; 2、深入了解柏努利方程的意义。
二、实验原理
l 、不可压缩的实验液体在导管中作稳定流动时，其机械能守恒方程式为：
∑+
+
+
=++
+
f
e h
p u g z W p u g z ρ
ρ
2
2
221
2
112
2
（1）
式中：u l 、u 2一分别为液体管道上游的某截面和下游某截面处的流速，m ／s ；
P 1、P 2一分别为流体在管道上游截面和下游截面处的压强，Pa ；
z l 、z 2一分别为流体在管道上游截面和下游截面中心至基准水平的垂直距离，m; ρ一流体密度，Kg ／m ； We —液体两截面之间获得的能量，J ／Kg; g 一重力加速度，m ／s 2； ∑h f 一流体两截面之间消耗的能量，J ／Kg 。 2、理想流体在管内稳定流动，若无外加能量和损失，则可得到：
ρ
ρ
2
2
221
2
112
2
p u g z p u g z +
+
=+
+
（2）
表示1kg 理想流体在各截面上所具有的总机械能相等，但各截面上每一种形式的机械能并不一定相等，但各种形式的机械能之和为常数，能量可以相互转换。 3、 流体静止，此时得到静力学方程式：
ρ
ρ
2
21
1p g z p g z +
=+
（3）
所以流体静止状态仅为流动状态一种特殊形式。
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三、实验装置及流程
试验前，先关闭试验导管出口调节阀，并将水灌满流水糟，然后开启调节阀，水由进水管送入流水槽，流经水平安装的试验导管后，试验导管排出水和溢流出来的水直接排入下水道。流体流量由试验导管出口阀控制。进水管调节阀控制溢流水槽内的溢流量，以保持槽内液面稳定，保证流动系统在整个试验过程中维持稳定流动。
四、实验内容
（一）演示
1、静止流体的机械能分布及转换
将试验导管出口阀全部关闭，以便于观察（也可在测压管内滴入几滴红墨水），观察A 、B 、C 、D 点处测压管内液柱高低。
2、一定流量下流体的机械能分布及转换
缓慢调节进水管调节阀，调节流量使溢流水槽中有足够的水溢出，再缓慢慢开启试验导管出口调节阀，使导管内水流动（注意出口调节阀的开度，在实验中能始终保持溢流水槽中有水溢出），当观察到试验导管中部的两支测压水柱略有差异时，将流量固定不变，当各测压管的水柱高度稳定不变时，说明导管内流动状态稳定。可开始观察实验现象。 3、不同流量下稳定流体机械能分布及转换
连续缓慢地开启试验导管的出口阀，调节出口阀使流量不断加大，观察A 、B 、C 、D 处测压管内液柱变化。 （二）实验
1、流量一定，确定流体各截面静压能．
图 1 柏努利实验装置图
6 接演示部分，试验导管内流量达到稳定后，取一量筒和秒表，在导管出口，用体积法测流量，并对压差计读数进行校核看是否与式（2）计算结果相等。
五、实验结果与数据处理
1、实验设备基本参数 d l =30 mm ， d 2=18 mm
2、实验数据记录及整理
表1 实验记录表
1、计算压强：由压强换算公式: Pa mH 5
2101.0133O 3.310?= 得： 例：3325O H 2mm =
Pa
Pa 3261610133.013
.31025.335
=??
2、计算速度：由
2
4
d
V A
V u s
s π
=
=
公式得：
列举序号1计算21u u ，如下：
7
s
m d V A V u s
s 09736.003
.04
53
.1410
10004
2
6
2
11
1=??=
=
=
-π
π
s
m d V A V u s
s 2765.0018
.04
53
.141010004
2
6
2
2
2
2=??=
=
=
-π
π
表2 实验结果整理表
由
ρ
ρ
2
2
221
2
112
2
p u g z p u g z +
+
=+
+
核算A 与B 、C 与D 是否与上式相等
ρ
ρ
2
2
221
2
112
2
p u g z p u g z +
+
=+
+
当液体流经的系统为一水平装置的管道时，由于A 点与B 点高度，即
B A Z Z =,ρ
ρ
2
22
21
21
12
2
p u
g z p u
g z +
+
=+
+
可简化为
8
ρ
ρ
B
2
B A
2
A 22
p u p u +
=
+
由1B 2A u u u u ==，得
只需核算
ρ
ρ
B
2
B A 2
A
2
2
p u p u +
=
+
是否相等即可
g
p u K J 54.6321000326162765
.2022
A
2
A =+
=
+
ρ
Kg
p u J 474.321000
324692
09736
.02
2
B
2
B =+=+
ρ
可知，A 点截面静压能和B 点截面静压能并不相等。
同上，分别核算同一高度A 与B 和同一高度的C 与D ，ρ
ρ
2
22
1
21
2
2
p u
p u
+
=
+
是否
相等，并将结果列于下表：
表三 核算结果
由上表比较得，同一高度下的两点截面静压能并不相等。
六、实验结果与总结
9
由上表比较得，同一高度下的两点截面静压能并不相等，
ρ
ρ
2
2
221
2
112
2
p u g z p u g z +
+
=+
+
该式是理想流体在管内稳定
流动，无外加能量和损失情况下可相等，实际流体在管内流动时有流动阻力、管壁摩擦力等阻力存在，不能做到完全相等，但结果相近。对于实际流体H f >0，则各截面的机械能之和必随流过距离的增加而减小，之间的差值即为阻力损失压头。 实际流体流动过程中的各种阻力均与流速有关。 实验注意事项
1. 本实验装置系演示仪器，因此所测得的数值精确度较差，但在一定情况下仍能定量地说明问题。
2．高位槽的水位一定要和溢流口相齐，否则流动不稳定，造成很大实验误差。 3．若管内或各测压点处有气泡，要及时排除以提高实验的准确性。 4．有的标尺固定不紧，因振动会上下移动，应及时予以调整。
5．测压孔有时会被堵塞，造成测压管液位升降不灵，此时可用吸球在测压孔上端吸放几次即可疏通。
七、思考题
1、管内的空气泡会干扰实验现象，请问怎样排除? 答：调节流量，调节压力，但不超过最大压力。
2、实验结果是否与理论结果相符合？解释其原因。
答：不相符，因为
ρ
ρ
2
2
221
2
112
2
p u g z p u g z +
+
=+
+
该式是理想
流体在管内稳定流动，无外加能量和损失情况下可相等，实际流体在管内流动时有流动阻力、管壁摩擦力等阻力存在，不能做到完全相等，但结果相近。
3、比较并列2根测压管（h1与h2、h3与h
4、 h5与h6、h7与h8）液柱高低，解释其原因。
答：偶数的液柱比奇数的液柱高，即h2、h4、 h6、h8分别高于h1、h3、 h5、h7。因为h1、h3、 h5、h7测的是静压强，h2、h4、 h6、h8测的不是静压强。
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化工原理实验思考题答案
化工原理实验思考题 实验一：柏努利方程实验 1． 关闭出口阀，旋转测压管小孔使其处于不同方向（垂直或正对 流向），观测并记录各测压管中的液柱高度H 并回答以下问题： （1） 各测压管旋转时，液柱高度H 有无变化？这一现象说明了什 么？这一高度的物理意义是什么？ 答：在关闭出口阀情况下，各测压管无论如何旋转液柱高度H 无任何变化。这一现象可通过柏努利方程得到解释：当管内流速u =0时动压头02 2 ==u H 动 ，流体没有运动就不存在阻力，即Σh f =0，由于流体保持静止状态也就无外功加入，既W e =0，此时该式反映流体静止状态 见（P31）。这一液位高度的物理意义是总能量（总压头）。 （2） A 、B 、C 、D 、E 测压管内的液位是否同一高度？为什么？ 答：A 、B 、C 、D 、E 测压管内的液位在同一高度（排除测量基准和人为误差）。这一现象说明各测压管总能量相等。 2． 当流量计阀门半开时，将测压管小孔转到垂直或正对流向，观 察其的液位高度H / 并回答以下问题： （1） 各H / 值的物理意义是什么？ 答：当测压管小孔转到正对流向时H / 值指该测压点的冲压头H / 冲；当测压管小孔转到垂直流向时H / 值指该测压点的静压头H / 静；两者之间的差值为动压头H / 动=H / 冲-H / 静。 （2） 对同一测压点比较H 与H / 各值之差，并分析其原因。
答：对同一测压点H ＞H /值，而上游的测压点H / 值均大于下游相邻测压点H / 值，原因显然是各点总能量相等的前提下减去上、下游相邻测压点之间的流体阻力损失Σh f 所致。 （3） 为什么离水槽越远H 与H / 差值越大？ （4） 答：离水槽越远流体阻力损失Σh f 就越大，就直管阻力公式可 以看出2 2 u d l H f ? ?=λ与管长l 呈正比。 3. 当流量计阀门全开时，将测压管小孔转到垂直或正对流向，观察其的液位高度 H 2222d c u u = 22 ab u ρcd p ρab p 2 2 u d l H f ??=λ计算流量计阀门半开和 全开A 点以及C 点所处截面流速大小。 答：注：A 点处的管径d=(m) ;C 点处的管径d=(m) A 点半开时的流速： 135.00145 .036004 08.0360042 2=???=???= ππd Vs u A 半 （m/s ） A 点全开时的流速： 269.00145.036004 16.0360042 2=???=???= ππd Vs u A 全 （m/s ） C 点半开时的流速： 1965.0012 .036004 08.0360042 2=???=???=ππd Vs u c 半 （m/s ） C 点全开时的流速： 393.0012.036004 16.0360042 2=???=???= ππd Vs u c 全 （m/s ） 实验二：雷诺实验 1. 根据雷诺实验测定的读数和观察流态现象，列举层流和湍流临界雷诺准数的计算过程，并提供数据完整的原始数据表。 答：根据观察流态，层流临界状态时流量为90（ l/h ）
伯努利方程实验
一，实验目的及要求 1.通过定性分析实验，提高动态水力学中许多水力现象的实验分析能力； 2.通过定量测量实验，可以进一步掌握增压管中流体力学的能量转换特性，验证流体总流量恒定的伯努利方程，掌握测压管头线的实验测量技巧和绘制方法。 二，实验内容与方法 1.定性分析实验 （1）确认相同静态液体的测压管的头线是水平线。 实验表明，在阀门完全关闭并稳定后，每个压力计管液位的连接线均为水平线。此时，滑动标尺的读数值为水在流动前的总能量头。 （2）观察不同流量下某段液压元件的变化规律。 （3）验证动态水压力是否根据均匀流段上的静水压力规则分布。 （4）遵守过程中总能量斜率线的变化规律。
（5）观察压力计头线的变化规律。 （6）沿管道的压力分布是通过使用压力计的头线来判断的。 2.定量分析实验-伯努利方程验证和测压管头线测量分析实验 实验方法和步骤：在恒定流量的情况下，改变流量两次，一次打开阀门很大，以至于1号测量管的液位接近可读范围内的最低点。流量稳定后，测量并记录每个压力测量管的液位读数，并同时测量并记录实验流量。 三，数据处理及结果要求 1.记录相关信息，实验常数，实验数据记录和结果计算：有关详细信息，请参见实验报告书 2.结果要求 （1）定性分析实验中回答有关问题 （2）计算速度头和总头 （3）在上述结果的最大流量下绘制总压头线和压强计压头线
四，注意事项 1.应注意每次循环供水实验：必须将测得的水倒回到原始实验设备的水桶中，以保持自循环供水（在以下实验中不会提示此注意事项）。 2.稳压缸内的气腔越大，稳压效果越好。但是，稳压缸的水位必须淹没连接管的入口，以避免连接管的进气口，否则，有必要拧松稳压缸的排气螺钉以提高水位。圆筒;如果调压罐的水位高于排气螺钉的开口，则表明存在空气泄漏，需要进行检查和处理。 3.传感器与压力稳定缸之间的连接管应确保通气畅通，并且水不能进入连接管和进气口，否则应将其清除。 4.智能数显流量计启动后需要预热3?5分钟。
伯努利方程实验
伯努利方程实验 一、目的和要求 1、 熟悉流体流动中各种能量和压头的概念及其相互转换关系，在此基础上，掌握柏努利方程； 2、 观察流速变化的规律； 3、观察各项压头变化的规律。 二、实验原理 1、流体在流动中具有三种机械能：位能、动能、静压能。当管路条件如管道位置高低、管径大小等发生变化时，这三种机械能就会相应改变以及相互转换。 2、如图所示，不可压缩流体在导管中做稳态流动，由界面1-1’流入，经粗细不同或位置高低不同的管道，由截面2-2’流出：以单位质量流体为基准，机械能衡算式为： 式中：u l 、u 2一分别为液体管道上游的某截面和下游某截面处的流速，m ／s ； P 1、P 2一分别为流体在管道上游截面和下游截面处的压强，Pa ； z l 、z 2一分别为流体在管道上游截面和下游截面中心至基准水平的垂直距离，m; ρ一流体密度，Kg ／m 3 ； g 一重力加速度，m ／s 2 ； ∑h f 一流体两截面之间消耗的能量，J ／Kg 。 3、∑h f 是流体在流动过程中损失的机械能，对于实际流体，由于存在内摩擦，流体在流动中总有一部分机械能随摩擦和碰撞转化为热能损耗（不能恢复），因此各截面上的机械能总和不相等，两者之差就是流体在这两截面之间流动时损失的机械能。 4、对于理想流体（实际上并不存在真正的理想流体，而是一种假设，对解决工程实际问题有重要意义），不存在因摩擦而产生的机械能损失，因此在管内稳定流动时，若无外加能量，得伯努利方程： 22112212 22u p u p z g z g ρρ ++=++式② 表示1kg 理想流体在各截面上所具有的总机械能相等，但各截面上每一种形式的机械能并不一定相等，各种形式的机械能可以相互转换。式①时伯努利方程的引伸，习惯上也称为伯努利方程（工程伯努利方程）。 5、流体静止，此时得到静力学方程式： 1 2 1221 () p p z g z g P P gh ρρ ρ + =+ =+或式③ 所以流体静止状态仅为流动状态一种特殊形式。 6、将式①中每项除以g ，可得以单位重量流体为基准的机械能守恒方程： 22 112212 22f u p u p z g z g h ρρ ++=+++∑式① 22112212 f u p u p z z H ++=+++式④
雷诺实验(参考内容)
雷诺实验实验报告姓名：史亮 班级：9131011403 学号：913101140327
第4章 雷诺实验 4.1 实验目的 1) 观察层流、紊流的流态及流体由层流变紊流、紊流变层流时的水利特征。 2) 测定临界雷诺数，掌握园管流态判别准则。 3) 学习应用量纲分析法进行实验研究的方法，了解其实用意义。 4.2 实验装置 雷诺实验装置见图4.1。 图4.1 雷诺实验装置图 说明：本实验装置由供水水箱及恒压水箱、实验管道、有色水及水管、实验台、流量调节阀等组成，有色水经有色水管注入实验管道中心，随管道中流动的水一起流动，观察有色水线形态判别流态。专用有色水可自行消色。 4.3 实验原理 流体流动存在层流和紊流两种不同的流态，二者的阻力性质不相同。当流量调节阀旋到一定位置后，实验管道内的水流以流速v 流动，观察有色水形态，如果有色水形态是稳定直线，则圆管内流态是层流，如果有色水完全散开，则圆管内流态是紊流。而定量判别流体的流态可依据雷诺数的大小来判定。经典雷诺实验得到的下临界值为2320，工程实际中可依据雷诺数是否小于2000来判定流动是否处于层流状态。圆管流动雷诺数： e R KQ d Q vd vd ==== ν πνμρ4 （4.1） 式中：ρ──流体密度，kg/cm 3； v ──流体在管道中的平均流速，cm/s ； d ──管道内径，cm ； μ──动力粘度，Pa ?s ；
ν──运动粘度，ρ μ ν= ，cm 2/s ； Q ──流量，cm 3/s ； K ──常数，ν πd K 4 = ，s/cm 3。 4.4 实验方法与步骤 1) 记录及计算有关常数。 管径 d = 1.37 cm, 水温 t = 14.8 ℃ 水的运动粘度 ν=2 000221.00337.0101775 .0t t ++= 0.01147 cm 2/s 常数 ν πd K 4 = = 81.03 s/cm 3 2) 观察两种流态。 滚动有色水塑料管上止水夹滚轮，使有色水流出，同时，打开水箱开关，使水箱充满水至溢流，待实验管道充满水后，反复开启流量调节阀，使管道内气泡排净后开始观察两种流态。关小流量调节阀，直到有色水成一直线 （接近直线时应微调后等待几分钟），此时，管内水流的流态是层流，之后逐渐开大调节阀，通过有色水线形态的变化观察层流转变到紊流的水力特征，当有色水完全散开时，管内水流的流态是紊流。再逐渐关小流量调节阀，观察由紊流转变为层流的水力特征。 3) 测定下临界雷诺数。 I 、 将调节阀打开，使管中水流呈紊流（有色水完全散开），之后关小调节阀，使流量减小。当有色水线摆动或略弯曲时应微调流量调节阀，且微调后应等待稳定几分钟，观察有色线是否为直线，当流量调节到使有色水在全管中刚好呈现出一条稳定的直线时，即为下临界状态；停止调节流量，用体积法或重量法测定此时的流量，测记水温，并计算下临界雷诺数。将数据填入表4.1中。 II 、 测完一组数据后重复上述步骤测定另外2组数据。测定下一组数据前一定要确保开始状态为紊流流态，且调节流量时只能逐步关小而不能回调。测定临界雷诺数必须在刚好呈现出一条稳定直线时测定。为了观察到临界状态，调节流量时幅度要小，每调节阀门一次，均须等待稳定时间几分钟。 4) 测定上临界雷诺数。 当流态是层流时，逐渐开启阀门，使管中水流由层流过度到紊流，当有色水线刚好完全散开时即为上临界状态。停止调节流量，用体积法或重量法测定此时的流量，测记水温，并计算上临界雷诺数。测定上临界雷诺数1-2次。 ★操作要领与注意事项：①、测定下临界雷诺数时，务必先增大流量，确保流态处于紊流状态。之后逐渐减小阀门开度，当有色线摆动时，应停止调节阀门开度，等待1分钟后，观察有色线形态，之后继续微调再等待1分钟，直到有色线刚好为直线时，才是紊流变到层流的下临界状态。注意等待时间要足够，微调幅度要小，否则，测不到临界值。②、只能单一方向调节阀门，不能回调，错过临界点必须重做。③、实验时，不要触碰实验台，以免流动受到外界扰动影响。 4.5 实验成果与分析 记录及计算数据至下表中： 实验次数 有色 水线 形态 体积法测流量 雷诺数R e 阀门开度 备注 水体积V （cm 3 ） 时间T （s ） 流量Q （cm 3 /s ） 1 稳定 900 45.26 19.89 1612 1547测下临界值测定下
伯努利方程-实验报告
伯努利方程仪实验报告 实验人 XXX 合作者 XXX 合作者 XXX XX年X月XX日 一、实验目的 1.观察流体流经能量方程试验管的能量转化情况，对实验中出现的现象进行分析，加深对能量方程的理解； 2.掌握一种测量流体流速的原理； 3.验证静压原理。 二、实验设备 本实验台由压差板、实验管道、水泵、实验桌和计量水箱等组成。 图- 1伯努利方程实验台 1.水箱及潜水泵 2.上水管 3.电源 4.溢流管 5.整流栅 6.溢流板 7.定压水箱 8.实验细管 9. 实验粗管10.测压管11.调节阀12.接水箱14回水管15.实验桌 1
三、 实验前的准备工作： 1．全开溢流水阀门 2．稍开给水阀门 3．将回水管放于计量水箱的回水侧 4．接好各导压胶管 5．检验压差板是否与水平线垂直 6． 启动电泵，使水作冲出性循环,检查各处是否有漏水的现象。 四、 几种实验方法和要求： 1. 验证静压原理： 启动电泵，关闭给水阀，此时能量方程试验管上各个测压管的液柱高度相同，因管内的水不流动没有流动损失，因此静水头的连线为一平行基准线的水平线，即在静止不可压缩均匀重力流体中，任意点单位重量的位势能和压力势能之和（总势能）保持不变，测点的高度和测点位置的前后无关，记下四组数据于表-2的最下方格中。从表-2中可以看出，当水没有流动时，测得的的静水压头基本上都是35.5cm ，验证了同一水平面上静压相等。 2. 测速： 能量方程试验管上的四组测压管的任一组都相当于一个毕托管，可测得管内任一点的流体点速度，本试验已将测压管开口位置在能量方程试验管的轴心，故所测得的动压为轴心处的，即最大速度。 毕托管求点速度公式： gh V B 2= 利用这一公式和求平均流速公式（F Q V /=）计算某一工况（如表中工况2平均速度栏）各测点处的轴心速度和平均流速得到表-1 表- 1 注：该表中数据由表-2中第一行数据计算得到 从表-1中我可以看到在细管测得的速度大，在粗管测得的速度小；在细管中测得的点速度比平均速度小，这可能是比托管的管嘴没有放在玻璃管管中心，或者比托管管嘴没有正对液体流向，使得总压与静压的差值小于实际值；在粗管测得的点速度比平均速度大，可能是因为在粗管，比托管更容易放在玻璃管中心，测得的点速度比平均速度大是正常的，因为如果是层流的话，流速沿半径方向呈抛物线分布。
雷诺实验带数据处理
雷诺实验 一、实验目的 1. 观察层流和紊流的流态及其转换特征。 2. 通过临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则。 3. 掌握误差分析在实验数据处理中的应用。 二、实验原理 1、实际流体的流动会呈现出两种不同的型态：层流和紊流，它们的区别在于：流动过程中流体层之间是否发生混掺现象。在紊流流动中存在随机变化的脉动量，而在层流流动中则没有，如图1所示。 2、圆管中恒定流动的流态转化取决于雷诺数。雷诺根据大量实验资料，将影响流体流动状态的因素归纳成一个无因次数，称为雷诺数Re ，作为判别流体流动状态的准则 4Re Q D πυ = 式中 Q ——流体断面平均流量 , L s D ——圆管直径 , mm υ——流体的运动粘度 , 2m 在本实验中，流体是水。水的运动粘度与温度的关系可用泊肃叶和斯托克斯提出的经验公式计算 36((0.58510(T 12)0.03361)(T 12) 1.2350)10υ--=??--?-+? 式中 υ——水在t C ?时的运动粘度，2m s ； T ——水的温度，C ?。 3、判别流体流动状态的关键因素是临界速度。临界速度随流体的粘度、密度以及流道的尺寸不同而改变。流体从层流到紊流的过渡时的速度称为上临界流速，从紊流到层流的过渡时的速度为下临界流速。 4、圆管中定常流动的流态发生转化时对应的雷诺数称为临界雷诺数，对应
于上、下临界速度的雷诺数，称为上临界雷诺数和下临界雷诺数。上临界雷诺数表示超过此雷诺数的流动必为紊流，它很不确定，跨越一个较大的取值范围。而且极不稳定，只要稍有干扰，流态即发生变化。上临界雷诺数常随实验环境、流动的起始状态不同有所不同。因此，上临界雷诺数在工程技术中没有实用意义。有实际意义的是下临界雷诺数，它表示低于此雷诺数的流动必为层流，有确定的取值。通常均以它作为判别流动状态的准则，即 Re < 2320 时，层流 Re > 2320 时，紊流 该值是圆形光滑管或近于光滑管的数值，工程实际中一般取Re = 2000。 5、实际流体的流动之所以会呈现出两种不同的型态是扰动因素与粘性稳定作用之间对比和抗衡的结果。针对圆管中定常流动的情况，容易理解：减小 D ，减小 ，加大v 三种途径都是有利于流动稳定的。综合起来看，小雷诺数流动趋于稳定，而大雷诺数流动稳定性差，容易发生紊流现象。 6、由于两种流态的流场结构和动力特性存在很大的区别，对它们加以判别并分别讨论是十分必要的。圆管中恒定流动的流态为层流时，沿程水头损失与平均流速成正比，而紊流时则与平均流速的1.75～2.0次方成正比，如图2所示。 7 图1 图2 三种流态曲线
恒定总流伯努利方程综合性实验
恒定总流伯努利方程综合性实验 一、实验目的和要求 1. 通过定性分析实验，提高对动水力学诸多水力现象的实验分析能力； 2. 通过定量测量实验，进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特性， 验证流体恒定总流的伯努利方程，掌握测压管水头线的实验测量技能与绘制方法； 3. 通过设计性实验，训练理论分析与实验研究相结合的科研能力。 二、实验原理 1．伯努利方程。在实验管路中沿管内水流方向取n 个过水断面，在恒定流动时，可以列出进口断面(1)至另一断面(i )的伯努利方程式(i =2,3…,n ) 22 1111w122i i i i i p p z z h g g g g ααρρ-++=+++v v 取1＝2＝n …＝1，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出p z g ρ+ 值，测出通过管路的流量，即可计算出断面平均流速v 及2 2g αv ，从而可得到各断 面测管水头和总水头。 2．过流断面性质。均匀流或渐变流断面流体动压强符合静压强的分布规律，即在同一断面上p z C g ρ+ =，但在不同过流断面上的测压管水头不同，1212p p z z g g ρρ+ ≠+；急变流断面上p z C g ρ+≠。 三、实验内容与方法 1．定性分析实验 (1) 验证同一静止液体的测压管水头线是根水平线。
(2) 观察不同流速下，某一断面上水力要素变化规律。 (3) 验证均匀流断面上，动水压强按静水压强规律分布。 (4) 观察沿流程总能坡线的变化规律。 (5) 观察测压管水头线的变化规律。 (6) 利用测压管水头线判断管道沿程压力分布。 2. 定量分析实验——伯努利方程验证与测压管水头线测量分析实验 实验方法与步骤：在恒定流条件下改变流量2次，其中一次阀门开度大到使○19号测管液面接近可读数范围的最低点，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量（毕托管测点供演示用，不必测记读数）。实验数据处理与分析参考第五部分内容。 四、数据处理及成果要求 1．记录有关信息及实验常数 实验设备名称：伯努利方程实验仪实验台号： 实验者：___________A1组7人_____ 实验日期：_5月10日_ 均匀段d1= 10-2m 喉管段d2=10-2m 扩管段d3=10-2m 水箱液面高程 0= 10-2m 上管道轴线高程 z = 10-2m （基准面选在标尺的零点上） 2．实验数据记录及计算结果表1 管径记录表 测点编号①*② ③ ④⑤ ⑥* ⑦ ⑧* ⑨ ⑩ ○11 ○12* ○13 ○14* ○15 ○16* ○17 ○18* ○19 管径d /10-2m
雷诺实验实验报告
实验一雷诺实验 一、实验目的 1、观察流体流动时各种流动型态； 2、观察层流状态下管路中流体速度分布状态； 3、测定流动型态与雷诺数Re之间的关系及临界雷诺数值。 二、实验原理概述 流体在流动过程中有两种截然不同的流动状态，即层流和湍流。它取决于流体流动时雷诺数Re值的大小。 雷诺数：Re＝duρ/μ 式中：d－管子内径，m u－流体流速，m/s ρ－流体密度，kg/m3 μ－流体粘度，kg/(m·s) 实验证明，流体在直管内流动时，当Re≤2000时属层流；Re≤4000时属湍流；当Re在两者之间时，可能为层流，也可能为湍流。 流体于某一温度下在某一管径的圆管内流动时，Re值只与流速有关。本实验中，水在一定管径的水平或垂直管内流动，若改变流速，即可观察到流体的流动型态及其变化情况，并可确定层流与湍流的临界雷诺数值。 三、装置和流程 本实验装置和流程图如右图。 水由高位槽1，流径管2，阀5，流量 计6，然后排入地沟。示踪物（墨水）由墨水 瓶3经阀4、管2至地沟。 其中，1为水槽 2为玻璃管 3为墨水瓶 4、5为阀 6为转子流量计
四、操作步骤 1、打开水管阀门 2、慢慢打开调节阀5，使水徐徐流过玻璃管 3、打开墨水阀 4、微调阀5，使墨水成一条稳定的直线，并记录流量计的读数。 5、逐渐加大水量，观察玻璃管内水流状态，并记录墨水线开始波动以及墨水 与清水全部混合时的流量计读数。 6、再将水量由大变小，重复以上观察，并记录各转折点处的流量计读数。 7、先关闭阀4、5，使玻璃管内的水停止流动。再开墨水阀，让墨水流出1～ 2cm距离再关闭阀4。 8、慢慢打开阀5，使管内流体作层流流动，可观察到此时的速度分布曲线呈 抛物线状态。 五、实验数据记录和处理 表1 雷诺实验数据记录
流体力学实验-参考答案
流体力学实验思考题 参考答案 流体力学实验室 静水压强实验
1．同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？ 测压管水头指p z +，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面内的测压管水头线是一根水平线。 2．当0?B p 时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 0?B p ，相应容器的真空区域包括以下三个部分： （1）过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占区域，均为真空区域。 （2）同理，过箱顶小不杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。 （3）在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区域。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。 3．若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定0γ。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h 和0h ，由式00h h w w γγ= ，从而求得0γ。 4．如测压管太细，对于测压管液面的读数将有何影响？ 设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算 γ θσd h cos 4= 式中，σ为表面张力系数；γ为液体容量；d 为测压管的内径；h 为毛细升高。常温的水，m N 073.0=σ，30098.0m N =γ。水与玻璃的浸润角θ很小，可以认为0.1cos =θ。于是有 d h 7.29= （h 、d 均以mm 计） 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm 时，毛细影响可略而不计。另外，当水质不洁时，σ减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机下班玻璃作测压管时，浸润角θ较大，其h 较普通玻璃管小。 如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、低压强时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。 5．过C 点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？哪一部分液体是同一等压面？ 不全是等压面，它仅相对管1、2及水箱中的液体而言，这个水平面才是等压面。因为只有全部具有下列5个条件的平面才是等压面：（1）重力液体；（2）静止；（3）连通；（4）连通介质为同一均质液体；（5）同一水平面。而管5与水箱之间不符合条件（4），相对管5
伯努利方程实验 答案
伯努利方程实验 一、实验目的 1、观察流体流经伯努利方程试验管的能量转化情况，对实验中出现的现象进行分析，加深对伯努利方程的理解； 2、掌握一种测量流体流速的原理； 3、验证静压原理。 二、实验仪器 装置如图1所示 图1 伯努利方程仪 1.水箱及潜水泵 2.上水管 3.溢流管 4.整流栅 5.溢流板 6.定压水箱 7.实验细管 8. 实验粗管 9.测压管10. 调节阀11.接水箱12.量杯13.回水管14.实验桌 三、实验步骤 1、关闭调节阀，打开进水阀门，启动水泵，待定压水箱接近放满时，适度打开调节阀，排净管路和测压管中的空气； 2、关闭调节阀，调节进水阀门，使定压水箱溢流板有一定溢流； 3、测出位置水头，并记录位置水头和试验管测试截面的内径； 4、打开调节阀至一定开度，待液流稳定，且检查定压水箱的水位恒定后，测读伯努利方程试验管四个截面上测压管的液柱高度； 5、改变调节阀的开度，在新工况下重复步骤4； 6、关闭调节阀，测读伯努利方程试验管上各个测压管的液柱高度，记下数据。可以观察到各测压管中的水面与定压水箱的水面相平，以此验证静压原理； 7、实验结束，关闭水泵。 四、数据处理 实验数据填入表1
1、计算出伯努利方程试验管各测试截面的相应能量损失水头和压强水头，填写在表中。 速度水头： 2 2g V =总水头-测压管水头 压强水头：P γ =测压管水头-位置水头 能量损失水头： w h=静水头-总水头 图2 伯努利方程试验管水头线图 五、思考题 1、为什么能量损失是沿着流动的方向增大的？ 2、为什么在实验过程中要保持定压水箱中有溢流？ 3、测压管工作前为什么要排尽管路中的空气？其测量的是绝对压力还是表压力？ 1、沿着流动方向，阻力损失有沿程阻力损失和局部阻力损失，故沿着流动方向能量损失是增大的。 2、当流体高度差为溢流板高度时，水会流到水箱中，溢流板作用是保持水箱中水位恒定，从而保持压力恒定，压力恒定，则流体流进伯努利试验管时未稳定流动。 3如果不排尽气泡会臧成读取压力值不准确，测得压力为表压力。
流体力学实验思考题解答(全)
流体力学课程实验思考题解答 （一）流体静力学实验 1、 同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？ 答：测压管水头指γ p Z + ，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测 压管水头线指测压管液面的连线。从表1.1的实测数据或实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。 2、 当0伯努利方程实验报告
不可压缩流体能量方程(伯努利方程)实验 一、实验目的要求： 1、掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验量测技术； 2、验证流体定常流的能量方程； 3、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。 本实验的装置如图所示，图中： 1.自循环供水器； 2.实验台； 3.可控硅无级调速器； 4.溢流板； 5.稳水孔板； 6.恒压水箱； 7.测压计； 8.滑动测量尺； 9.测压管；10.实验管道；11.测压点；12.毕托管;13.实验流量调节阀 三、实验原理： 在实验管路中沿水流方向取n个过水截面。可以列出进口截面(1)至截面(i)的能量方程式 1
2 （i=2,3,.....,，n) W i h g g p Z g g p Z i i i -+++=++1222 2111νρν ρ 选好基准面，从已设置的各截面的测压管中读出 g p Z ρ+ 值,测出通过管路的流量,即可计 算出截面平均流速ν及动压g 22 ν，从而可得到各截面测管水头和总水头。 四、实验方法与步骤： 1、熟悉实验设备，分清各测压管与各测压点，毕托管测点的对应关系。 2、打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流后，检查泄水阀关闭时所有测压管水面是否齐平，若不平则进行排气调平(开关几次）。 3、打开阀13，观察测压管水头线和总水头线的变化趋势及位置水头、压强水头之间的 相互关系，观察当流量增加或减少时测压管水头的变化情况。 4、调节阀13开度，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量(与毕托管相连通的是演示用，不必测记读数)。 5、再调节阀13开度1～2次，其中一次阀门开度大到使液面降到标尺最低点为限，按第4步重复测量。 五、实验结果及要求： 1、把有关常数记入表2.1。 2、量测( g p Z ρ+ )并记入表2.2。 3、计算流速水头和总水头。 表2．1 有关常数计录表水箱液面高程0?___cm ，上管道轴线高程z ?_____cm ．
化工原理实验思考题答案
化工原理实验思考题 实验一：柏努利方程实验 1． 关闭出口阀，旋转测压管小孔使其处于不同方向（垂直或正对流向），观测并记录各测 压管中的液柱高度H 并回答以下问题： （1） 各测压管旋转时，液柱高度H 有无变化这一现象说明了什么这一高度的物理意义是 什么 答：在关闭出口阀情况下，各测压管无论如何旋转液柱高度H 无任何变化。这一现象可通过柏努利方程得到解释：当管内流速u =0时动压头02 2 ==u H 动 ，流体没有运动就不存在阻力，即Σh f =0，由于流体保持静止状态也就无外功加入，既W e =0，此时该式反映流体静止状态 见（P31）。这一液位高度的物理意义是总能量（总压头）。 （2） A 、B 、C 、D 、E 测压管内的液位是否同一高度为什么 答：A 、B 、C 、D 、E 测压管内的液位在同一高度（排除测量基准和人为误差）。这一现象说明各测压管总能量相等。 2． 当流量计阀门半开时，将测压管小孔转到垂直或正对流向，观察其的液位高度H /并回 答以下问题： （1） 各H /值的物理意义是什么 答：当测压管小孔转到正对流向时H /值指该测压点的冲压头H /冲；当测压管小孔转到垂直流向时H /值指该测压点的静压头H /静；两者之间的差值为动压头H /动=H /冲-H /静。
（2） 对同一测压点比较H 与H /各值之差，并分析其原因。 答：对同一测压点H ＞H /值，而上游的测压点H /值均大于下游相邻测压点H /值，原因显然是各点总能量相等的前提下减去上、下游相邻测压点之间的流体阻力损失Σh f 所致。 （3） 为什么离水槽越远H 与H /差值越大 （4） 答：离水槽越远流体阻力损失Σh f 就越大，就直管阻力公式可以看出2 2 u d l H f ??=λ与 管长l 呈正比。 3. 当流量计阀门全开时，将测压管小孔转到垂直或正对流向，观察其的液位高度 H 2222d c u u =22 ab u ρcd p ρab p 2 2 u d l H f ??=λ计算流量计阀门半开和全开A 点以及C 点所处截面流速大小。 答：注：A 点处的管径d=(m) ;C 点处的管径d=(m) A 点半开时的流速： 135.00145.036004 08.0360042 2=???=???= ππd Vs u A 半 （m/s ） A 点全开时的流速： 269.00145 .036004 16.0360042 2=???=???=ππd Vs u A 全 （m/s ） C 点半开时的流速： 1965.0012 .036004 08.0360042 2=???=???= ππd Vs u c 半 （m/s ）
雷诺实验及其数据处理
雷诺实验 一、实验目的要求 1．观察层流、紊流的流态及其转捩特征； 2．测定临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则； 3．学习古典流体力学中应用无量纲参数进行实验研究的方法，并了解其实用意义。 二、实验装置 实验装置如下图所示：
自循环雷诺实验装置图 1 自循环供水器 2 实验台 3 可控硅无级调速器 4 恒压水箱 5 有色水水管 6 稳水隔板 7 溢流板8 实验管道9 实验流量调节阀 供水流量由无级调速器调控使恒压水箱4始终保持微溢流的程度，以提高进口前水体稳定度。本恒压水箱还设有多道稳水隔板，可使稳水时间缩短到3～5分钟。有色水经有色水水管5注入实验管道8，可据有色水散开与否判别流态。为防止自循环水污染，有色指示水采用自行消色的专用色水。 三、实验原理
流体在管道中流动存在两种流动状态，即层流与湍流。从层流过渡到湍流状态称为流动的转捩，管中流态取决于雷诺数的大小，原因在于雷诺数具有十分明确的物理意义即惯性力与粘性力之比。当雷诺数较小时，管中为层流，当雷诺数较大时，管中为湍流。转捩所对应的雷诺数称为临界雷诺数。由于实验过程中水箱中的水位稳定，管径、水的密度与粘性系数不变，因此可用改变管中流速的办法改变雷诺数。 雷诺数 KQ d Q vd R e === ν πν4 ； K =νπd 4 四、实验方法与步骤 1．测记实验的有关常数。 2．观察两种流态。 打开开关3使水箱充水至溢流水位。经稳定后，微微开启调节阀9，并注入颜色水于实验管内使颜色水流成一直线。通过颜色水质点的运动观察管内水流的层流流态。然后逐步开大调节阀，通过颜色水直线的变化观察层流转变到紊流的水力特征。待管中出现完全紊流后，再逐步关小调节阀，观察由紊流转变为层流的水力特征。 3．测定下临界雷诺数。 ① 将调节阀打开，使管中呈完全紊流。再逐步关小调节阀使流量减小。当流量调节到使颜色水在全管刚呈现出一稳定直线时，即为下临界状态； ② 待管中出现临界状态时，用重量法测定流量； ③ 根据所测流量计算下临界雷诺数，并与公认值(2320)比较。偏离过
流体力学-伯努利方程实验报告
中国石油大学（华东）工程流体力学实验报告 实验日期：2014.12.11成绩： 班级：石工12-09学号：12021409姓名：陈相君教师：李成华 同组者：魏晓彤，刘海飞 实验二、能量方程（伯诺利方程）实验 一、实验目的 1．验证实际流体稳定流的能量方程； 2．通过对诸多动水水力现象的实验分析，理解能量转换特性； 3．掌握流速、流量、压强等水力要素的实验量测技能。 二、实验装置 本实验的装置如图2-1所示。 图2-1 自循环伯诺利方程实验装置 1.自循环供水器； 2.实验台； 3.可控硅无极调速器；4溢流板；5.稳水孔板； 6.恒压水箱； 7.测压机；8滑动测量尺；9.测压管；10.试验管道； 11.测压点；12皮托管；13.试验流量调节阀 说明 本仪器测压管有两种： （1）皮托管测压管（表2-1中标﹡的测压管），用以测读皮托管探头对准点的总水头； （2）普通测压管（表2-1未标﹡者），用以定量量测测压管水头。 实验流量用阀13调节，流量由调节阀13测量。
三、实验原理 在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 ） i w i i i i h g v p z g p z -++ + =+ + 1222 2 111 1αγυαγ 取12n 1a a a ==???==，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出 z+p/r 值，测 出透过管路的流量，即可计算出断面平均流速，从而即可得到各断面测压管水头和总水头。 四、实验要求 1．记录有关常数实验装置编号 No._4____ 均匀段1d = 1.40-210m ?；缩管段2d =1.01-210m ?；扩管段3d =2.00-2 10m ?； 水箱液面高程0?= 47.6-2 10m ?；上管道轴线高程z ?=19 -2 10m ? （基准面选在标尺的零点上） 2．量测（p z γ + ）并记入表2-2。 注：i i i p h z γ =+ 为测压管水头，单位：-2 10m ，i 为测点编号。 3．计算流速水头和总水头。
(_伯努利方程)实验
实验四 伯努利方程实验 一、实验目的 1．熟悉流动流体中各种能量和压头的概念及其相互转换关系，在此基础上掌握柏努利方程； 2．观察不可压缩流体在管内流动时流速的变化规律，并验证伯努利方程； 3．观察各项压头的变化规律； 4．加深对流体流动过程基本原理的理解。 二、实验原理 对于不可压缩流体，在导管内作定常流动，系统与环境又无功的交换时，若以单位质量流体为衡算基准，则对确定的系统即可列出机械能衡算方程： 若以单位重量流体为衡算基准时，则又可表达为 不可压缩流体的机械能衡算方程，应用于各种具体情况下的作适当的简化，例如： (1) 当流体为理想液体时，于是式(1)和(2)可简化为 (2) 当液体流经的系统为一水平装置的管道时，则(1)和(2)式又可简化为 (3) 当流体处于静止状态时，则(1)和(2)式又可简化为 (1) 222 2221211∑+++=++f h p u gZ p u gZ ρρ(2) 2222221211f H g p g u Z g p g u Z +++=++(3) 22222 21211ρρp u gZ p u gZ ++=++(4) 2222221211g p g u Z g p g u Z ρρ++=++(5) 2222 2121f h p u p u ∑++=+ρ ρ(6) 2222 221211f h g p g u Z g p g u Z ∑+++=++ρρ(7) 2 211ρρ/p gZ /p gZ +=+(8) 2211g /p Z g /p Z ρρ+=+
三、实验装置及流程 1．稳压水槽 2.试验导管 3.出口调节阀 4.静压头测量管 5．冲压头测量管 四、实验步骤 实验前，先缓慢开启进水阀，将水充满稳压溢流水槽，并保持有适量流水流出，使槽内液面平稳不变，最后，设法排尽设备内的气泡。 1．关闭实验导管出口调节阀，观察和测量液体处于静止状态下个测试点（a、b 和c三点）的压强。 2．开启实验导管出口调节阀，观察比较液体在流动情况下测试点的压头变化。3．缓慢开启实验导管的出口条件阀，测量流体在不同流量下的各测试点的静压头、动压头和损失压头。 实验过程中必须注意如下几点： (1)实验前一定要将实验导管和测压管中的空气泡排除干净，否则会影响准确性。 (2)开启进水阀或调节阀时，一定要缓慢，并随时注意设备内的变化。 (3)实验过程中需根据测压管量程范围，确定最小和最大流量。 (4)为观察测压管的液柱高度，可在临实验测定前，向各测压管滴入几滴红墨水。 五、实验记录 1．测量并记录实验基本参数 实验导管内径：d A=16mm；d B=25mm；d C=16mm; 实验系统的总压头：h= 450mmH2O
实验一 雷诺实验
学号姓名 实验一雷诺实验 一、基本原理 雷诺（Reynolds）用实验方法研究流体流动时，发现影响流动类型的因素除流速u外，尚有管径（或当量管径）d，流体的密度ρ及粘度μ，并且由此四个物理量组成的无因次数群Re=duρ/μ的值是判定流体流动类型的一个标准。 Re<2000~2300时为层流 Re>4000时为湍流 2000 因此确定了温度及流量，即可唯一的确定雷诺数。 数据记录： 五、注意事项 1、雷诺实验要求减少外界干扰，严格要求时应在有避免振动设施的房间内进行，由于条件不具备演示实验也可以在一般房间内进行，因为外界干扰及管子粗细不均匀等原因，层流的雷诺数上界到不了2300，只能到1600左右。 2、层流时红墨水成一线流下，不与水相混。 3、湍流时红墨水与水混旋，分不出界限。 水力学实验 参考答案 静水压强实验 1．同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？ 测压管水头指p z +，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面内的测压管水头线是一根水平线。 2．当0?B p 时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 0?B p ，相应容器的真空区域包括以下三个部分： （1）过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占区域，均为真空区域。 （2）同理，过箱顶小不杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。 （3）在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区域。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。 3．若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定0γ。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h 和0h ，由式00h h w w γγ= ，从而求得0γ。 4．如测压管太细，对于测压管液面的读数将有何影响？ 设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算 γ θσd h cos 4= 式中，σ为表面张力系数；γ为液体容量；d 为测压管的内径；h 为毛细升高。常温的水， m N 073.0=σ，30098.0m N =γ。水与玻璃的浸润角θ很小，可以认为0.1cos =θ。于是有 d h 7.29= （h 、d 均以mm 计） 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm 时，毛细影响可略而不计。另外，当水质不洁时，σ减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机下班玻璃作测压管时，浸润角θ较大，其h 较普通玻璃管小。 如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、低压强时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。 5．过C 点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？哪一部分液体是同一等压面？ 不全是等压面，它仅相对管1、2及水箱中的液体而言，这个水平面才是等压面。因为只有全部具有下列5个条件的平面才是等压面：（1）重力液体；（2）静止；（3）连通；（4）连通介质为同一均质液体；（5）同一水平面。而管5与水箱之间不符合条件（4），相对管5和水箱中的液体而言，该水平面不是水平面。 6、用该实验装置能演示变液位下的恒定水流吗？ 关闭各通气阀门，开启底阀，放水片刻，可看到有空气由C 进入水箱。这时阀门的出流就是变液位下的恒定水流。因为由观察可知，测压管1的液面始终与C 点同高，表明作用于底阀上的总水头不变，故为恒定流动。这是由于液位的降低与空气补充使箱体表面真空度的减小处于平衡状态。医学上的点滴注射就是此原理应用的一例，医学上称这为马利奥特容器的变液位下恒定流。水力学实验1-参考答案