化工原理实验思考题答案

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。

2

这一现象可通过柏努利方程得到解释：当管内流速F0时动压头H动牛0, 流体没有运动就不存在阻力，即2 h f=O,由于流体保持静止状态也就无外功

加入，既S=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

(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

2 h 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艺h f 就越大，就直管阻力公式可以看出

I

2

H f -—与管长I 呈正比。

d 2

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

I 2

-—计算流量计阀门半开和全开 A 点以

d 2

及C 点所处截面流速大小。

A 点半开时的流速:

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 )

2 2 2

位高度 H 比

u ^u

^b_p cL_p

aL

答：注：A 点处的管径d=(m) ;C

点处的管径d=(m)

U A 半

3600

d 2 3600

0.01452

Vs 4

0.16 4 3600 d 2 3600

0.01452

Vs 4 0.08 4 3600

d 2

3600

0.0122

Vs 4

0.16 4

3600 d 2 3600

0.0122

0.135 (m/s ) Vs 0.08 4

4

A 点全开时的流速:

0.269 (m/s )

U A

全

C 点半开时的流速:

0.1965 (m/s )

C 点全开时的流速:

U c

全

实验二: 雷诺实验

0.393 (m/s )

U c

半

3

V s

90 10

2.5 10 5(m 3/s)

3600

u — —21 0.1514(m/s)

A 0.0145

同理，根据雷诺实验测定的读数计算其余各点的流量、流速和雷诺准数如原 始数据表所述。

2.

根据实验观察到的流态，层流和湍流临界雷诺准数值与公认值有无差 距？原因何在?

答：略有差距。主要原因在于实验设备测量精度和测量稳定性不高，其次是 流态显色墨水的注入量控制不当以及人为干扰产生的震动等。

3.

根据雷诺准数表示式，你认为在什么条件下可以只用流速来判断流动 型态（如层流、湍流）？

（即 管径d 且管子不变），水的温度不变（即 水的密度和黏度不变）以及 测试的人为环境不变时，可以依据前次的实验结果判断流态。

实验三管道流体阻力的测定

1. 测得水银一水差压计的读数为R f （mHg ,证明R f 与阻力的关系为：H=・g

体积流量:

流速:

雷诺准数:

Re du O.。

145

O.

1514 998.

73

1.111 10 3

1973

根据观察流态，湍流临界状态时流量为

174( l/h )

体积流量:

3

V 174 10

s

3600

4.83 10 5(m 3/s)

流速:

u

—

4.83 10

—； 0.29269(m/s) A

0.01452

雷诺准数:

Re 吒 O.。

145

O.29269.998.73

3815

3

1.111 10

答：根据雷诺准数的四个影响因素:

d u 、p 、卩可知，在同一台实验装置

(J/kg )

损失？为什么?

答：测得的压差不代表流体通过流量计的永久阻力损失。流量计测得的压差

△ P —方面由流体流经孔板产生的永久阻力 △ P i ,另一方面由流体流经孔板

的流速变化也将产生一定的阻力 △ P 2。

3. 实验装置各压差计上的“平衡阀”（旁通阀）有何作用？在什么状况下进

行开启或关闭操作?

答：平衡阀用以调节压差计两臂液柱的平衡。在实验装置启动运行或结束实 验时，平衡阀应该处在开启状态；在实验装置检验系统内空气是否排净或测 量阻力数据是平衡阀应该处在关闭状态。

4.

根据管道流体阻力测定的读数，列举 1米直管在某一流量下的阻力 H 和

摩擦系数入；在某一流量下的局部阻力H '和局部阻力系数Z 的计算过程, 并提供数据完整的实验结果表及用双对数坐标绘制一般湍流区内 关系曲线。

kg/m 3

实验温度20 C

实验装置提供的有关系数: 求 实验装置流量最大时一米直管的流体阻力 H ;摩擦系数 入值。

答：设环境温度为20C,水银的密度 3

、 、

3

P Hg =1359(X kg/m )水的密度 p H 2=(kg/m )

证明如下:

H f

——- R f g

B

13590 998.2

R f g 12.6R f g

998.2

2. 紧靠孔板流量计前后测得的压差,

是否代表流体通过流量计的永久阻力

入 ~Re u~R

答：计算条件 差压计指示液及水的密度:

3

P Hg 13950 kg/m

P CCI4

1596

p H 2O kg/m 3

n =