化工原理实验教材

雷诺演示实验

一、实验目的

1 观察流体流动时的不同流动型态

2 观察层流状态下管路中流体的速度分布状态

3 熟悉雷诺准数（Re）的测定与计算

4 测定流动型态与雷诺数（Re）之间的关系及临界雷诺数

二、实验原理

流体在流动过程中由三种不同的流动型态，即层流、过渡流和湍流。主要取决于流体流动时雷诺数Re的大小，当Re大于4000时为湍流，小于 2000 时为层流，介于两者之间为过渡流。影响流体流动型态的因素，不仅与流体流速、密度、粘度有关，也与管道直径和管型有关，其定义式如下：

1.1-1式中：d 管子的直径m

u 流体的速度m/s

ρ 流体的密度kg/m 3

μ流体的粘度 Pa· s

三、实验装置

雷诺演示实验装置如图1.1所示，其中管道直径为20 mm。

图1.1 雷诺演示实验装置图

1—有机玻璃水槽；2 —玻璃观察管；3 —指试液；4，5 —阀门；6 —转子流量计

四、实验步骤

1 了解实验装置的各个部件名称及作用，并检查是否正常。

2 打开排空阀排气，待有机玻璃水槽溢流口有水溢出后开排水阀

调节红色指示液，消去原有的残余色。

3 打开流量计阀门接近最大，排气后再关闭。

4 打开红色指示液的针形阀，并调节流量（由小到大），观察指示液

流动形状，并记录指示液成稳定直线，开始波动，与水全部混合时流量计的读数。

5 重复上述实验3～5次，计算Re临界平均值。

6 关闭阀1、11，使观察玻璃管6内的水停止流动。再开阀1，让指

示液流出1～2 cm 后关闭1，再慢慢打开阀9，使管内流体作层流流动，观察此时速度分布曲线呈抛物线形状。

7 关闭阀1、进水阀，打开全开阀9排尽存水，并清理实验现场。

五、数据处理及结果分析

1 实验原始数据记录见下表：

序号 1 2 3 4 5 6

q（l/h）

U(m/s)

Re

2 利用Re的定义式计算不同流动型态时的临界值，并与理论临界值

比较，分析误差原因。

六、思考题

1雷诺数的物理意义是什么？

2 有人说可以只用流体的流速来判断管中流体的流动型态，当流速

低于某一数值时是层流，否则是湍流，你认为这种看法对否？在什么条件下可以只用流速来判断流体的流动型态？

柏努利方程演示实验

一、实验目的

1 掌握流体流动中各种能量或压头的定义及其相互转化关系，加深

对柏努利方程式的理解。

2 观察静压头、位压头、动压头相互转换的规律。

二、基本原理

不可压缩流体在管内作稳定流动时，由于管路条件的变化，会

引起流动过程中三种机械能（位能、动能、静压能）的相应改变及相互转换。对理想流体在系统内任一截面处，虽然三种能量不一定相等，但能量之和是守恒的。对于实际流体，由于存在内摩擦，流体在流东

时总有一部分机械能损耗。以上机械能均可用测压管中的液柱高度表示。当测压孔正对流体流动方向时测压管中的液柱高度为动压头和静压头之和，测压孔处流体的位压头由测压孔的几何高度确定。三、实验装置图

柏努利方程实验装置如图1.2所示。

图1.2柏努利方程实验装置图

1—高位水槽；2 —玻璃管；3 —测压管；4 —循环水槽；5 —阀门；6 —循环水泵

四、实验步骤

1 检查装置阀位是否正常。

2 开动电机，启动泵。

3 阀5开度一定时，转动测压手柄，观察各测压管内液位高度有无

变化。

4 观察各测压管内液位高度是否相同。

5 关闭所有阀门，停机。

五、思考题

1 关闭阀5时，旋转各测压管的手柄，液位高度有无变化？这一现

象说明什么？这一高度的物理意义又是什么？

2 关闭阀5时，各测压管内液位高度是否相同，为什么？

3 阀5开度一定时，转动测压手柄，各测压管内液位高度有何变化？

变化的液位表示什么？

流体流动阻力系数的测定

一、实验目的

1 学习管路阻力损失( h f ) 、管路摩擦系数（λ）、管件局部阻力

系数（ζ）的测定方法，并通过实验了解它们的变化规律，巩固对流体阻力基本理论的认识。

2 了解与本实验有关的各种流量测量仪表、压差测量仪表的结构特

点和安装方式，掌握其测量原理，学会正确使用；

3 学习对数坐标纸的用法。

二、实验原理

由于流体粘性的存在，流体在流动的过程中会发生流体间的摩擦，从而导致阻力损失。根据柏努利方程,对于直管而言，其路阻力损失为：∑h f =△Р/ρ，又因为△Р/ρ有如下表达式：

式中：d 管子的直径m

u 流体的速度m/s

ρ 流体的密度kg/m 3

l 管道的长度m

△Р压差pa

λ阻力系数

通过上述表达式可以求得直管的阻力系数λ，对于弯管而言，用ζ代替(λ•l/d)即可。

三、实验流程图

流体流动阻力系数测定实验流程图如1.3，其中直管长度为1 m，管道直径为8 mm，相对粗糙度ε/d=0.025。

图1.3阻力系数测定实验装置图

四、实验步骤

1 关闭控制阀，打开二个平衡阀，引水﹑灌泵排气，启动泵。

2 系统排气

(1) 总管排气：先将控制阀开足，然后再关闭，重复三次，目的为了

使总管中的部分气体被排走，然后打开总管排气阀，开足后再关

闭，重复三遍。

(2) 引压管排气：依次分别对4个放气阀，开﹑关重复三次。

(3) 压差计排气：关闭二个平衡阀，依次分别打开4个放气阀，此

时眼睛要注视着U型压差计中的指示剂液面的上升，防止指示剂冲出，开﹑关重复三次。

3 该系统的流量计量采用转子流量计，由于Re在充分湍流区时，

λ～Re的关系是水平线，所以在大流量时少布点，而Re在比较小时，λ～Re的关系是曲线，所以小流量时多布点。调流量计，流量从小到大改变十次（概数）并依次读取压差计读数。

4 重复实验步骤3，观测压差计读数随流量计读数的变化规律的一

致性。

5 结束实验，清理实验现场。

五、数据处理及结果分析

1 直管阻力系数测定实验原始数据记录见下表：

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 q(l/h)

R(cm)

U(m/s)

Re

λ