冶金传输原理实验指导书

实验1：雷诺实验

一、实验目的

1. 观察流体流动的各种形态。

2. 测定流体流动形态与雷诺数的关系。

3. 观察层流时管道断面流速分布。 二、实验原理

流体的流动状态分为层流和湍流。雷诺数Re ud

ρμ

=

是判断其状态的基本依据。流动状态转变时的雷诺数值称为临界雷诺数。通常，将湍流转变为层流的雷诺数为2300，而层流转变为湍流的雷诺数为4000。因此，当Re<2300时，流动呈层流。当Re>4000时，流动呈湍流。当23002300-4000时流动状态逐渐转变为湍流。

平均流速u 由体积流量和有效截面面积求出，其中流量V s 用体积法测出，即在t 时间内流入计量水箱中流体的体积V ，则：

体积流量：s V V t

=；有效截面面积：2

4πd A =；

平均流速：s V u A

=

式中：A —管路的横截面积； d —管路直径； u —流速；μ—水的动力粘度。 三、实验装置 见图2。 四、实验步骤

1. 准备工作：将水箱充水至经隔板溢流流出，将进水阀门关小，继续向水箱供水，

以保持水位高度H 不变。

2. 缓慢开启阀门11，使玻璃管中水稳定流动，并开启墨盒阀门，使红色水以微小

流速在玻璃管内流动，呈层流状态。

3. 调节阀门11使流量增大，直至有色流束在管内开始波动，呈现波浪状，但不与

周围水流相混。

4. 继续增大流量，有色流束抖动剧烈并向周围扩散，开始与周围水掺混在一起，

整个管内水流质点杂论无章，呈现出湍流状态。

5. 调节使流量逐渐变小，观察上述步骤2-4的相反过程。

6. 关闭墨盒阀门，待管内水流清澈后关闭阀门11，然后开启一下墨盒阀门，注入

少量有色水使管内水流局部被染色。再缓慢开启阀门11，让管内为层流流动。

图2 雷诺实验装置图

1.水箱及潜水泵

2.上水管

3. 溢流管

4. 电源

5.整流栅

6.溢流板

7.墨盒

8. 墨针

9. 实验管11. 调节阀12. 计量水箱13. 回水管14实验桌

五、实验报告

1.实验目的、实验原理。

2.记录原始数据，并计算雷诺数。

六、思考题

1.实验中流体做层流流动时，断面流速是否呈抛物面分布?

2.不同管径所得的临界雷诺数，理论上是否应相等？

3.为什么湍流转变为层流的雷诺数和层流转变为湍流的雷诺数不一样？

4.若将管道倾斜放置，对临界雷诺数是否有影响？为什么？

七、其它说明

1.用体积法测流量时，量水时间越长，则流量越精确，尤其在小流量时，应该注

意尽量有较长的盛水时间；

2.墨水量不应过大，否则既浪费又影响试验结果；

3.应尽可能减少外界对水流的干扰，在实验过程中，要保持环境安静，不要碰撞

管道以及与管道有联系的器件及桌子，要仔细轻巧地操作，尾阀开度的改变对水流也是一个干扰，因而操作阀门时要轻微缓慢；

4. 每调节一次尾阀，必须等待 3 分钟，使水流稳定后，方可进行测量。

附：水的密度与粘度计算公式：

1、 密度：][kg/m 44.1001 0872501.0 003589285.032+--=t t ρ 式中：t ——水的平均温度（℃）

2、 粘度：20.001779/(1+0.03368t+0.0002210t )[ Pa s ]μ=⋅ 式中：t ——水的平均温度（℃）

实验2： 伯努利方程实验

一、实验目的

1. 观察液体在管道中流动时能量守恒和转换的物理现象。

2. 测绘水管管路上测压管的静压头及总压头。 二、实验原理

若液体在管内的流动是稳态流动，分别取有效截面Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ，则相对于同一水平基准面，在两面间可列伯努利方程为：

22

112

21222u P u P z z h g g g g

ρρ++=+++∑f

2

2u g 、P g ρ、

z 每一项都是长度单位，都表示了一个高度（即z 为位压头，

P g ρ为静压头、2

2u g

为动压头，h ∑f 为Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ截面间的压头损失）。伯努利方程式中的位压头、静压头和动压头之和称为总压头。 三、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（见图1）。

四、实验步骤

1. 实验前学生应复习讲课中的有关内容和阅读实验指导书，为实验做好理论方面

的准备。

2. 检验测压板是否与水平线垂直。

3. 启动电泵使水工作循环，检查各处是否有漏水的现象。

4. 关闭尾阀，开启供水阀，稳定水箱液面（保持最高水位并溢流）.此时水箱液面

测压管液面为同一水平面。检查各个测压管水位高度是否在同一水平线上，如果不在同一水平线上，说明有气泡存在，必须把其排除，直至达到同一水平线。（排除气泡：用手堵住出水口突然放水，重复几次，直至使实验管中的气泡排除）。

5. 将各断面内径及间距尺寸记录下来。

6. 打开尾阀，检查水箱液面是否稳定。调节尾阀大小，观察各测压管液面的变化

和各测压管液面高度差的变化。

7. 固定尾阀于某一开启度，测量并记录基准面到各测压管中液面的高度。

8. 在测量各测压管静压头的同时，用秒表和量筒测定流量，测出时间间隔流过的

流体总体积V 。并重复做上述实验步骤1-2次。 9. 调节尾阀于另一开启度，重复上述步骤7和8。