20150925化工原理第二周实验讲解.doc

柏努利实验 一、实验目的 1、通过实测静止和流动的流体中各项压头及其相互转换，验证流体静力学原理和柏努利方程。 2、通过实测流速的变化和与之相应的压头损失的变化，确定两者之间的关系。 二、基本原理 流动的流体具有三种机械能：位能、动能和静压能，这三种能量可以互相转换。在没有摩擦损失且不输入外功的情况下，流体在稳定流动中流过各截面上的机械能总和是相等的。在有摩擦而没有外功输入时，任意两截面间机械能的差即为摩擦损失。 流体静压能可用测压管中液柱的高度来表示，取流动系统中的任意两测试点，列柏努利方程式： 对于水平管，Z1=Z2，则 若u1=u2, 则P2P1；在不考虑阻力损失的情况下，即Σhf =0时，若u1=u2, 则P2=P1。若u1u2 , p1p2；在静止状态下，即u1= u2= 0时，p1=p2。 三、实验装置及仪器 图2－2 伯努利实验装置图 装置由一个液面高度保持不变的水箱，与管径不均匀的玻璃实验管连接，实验管路上取有不同的测压点由玻璃管连接。水的流量由出口阀门调节，出口阀关闭时流体静止。 四、实验步骤及思考题 关闭出口阀7，打开阀门3、5，排出系统中空气；然后关闭阀7、3、5，观察并记录各测压管中的液压高度。思考：所有测压管中的液柱高度是否在同一标高上？应否在同一标高上？为什么？ 将阀7、3半开，观察并记录各个测压管的高度，并思考： A、E两管中液位高度是否相等？若不等，其差值代表什么？ B、D两管中，C、D两管中液位高度是否相等？若不等，其差值代表什么？ 将阀全开，观察并记录各测压管的高度，并思考：各测压管内液位高度是否变化？为什么变化？这一现象说明了什么？ 五、实验数据记录 . 液柱高度 A B C D E 阀门 关 闭 半 开 全 开 ，ABCDE五点高度相同，故不用考虑位压头Z，EA和DB可以确定的存在。且在流速大的地方，静压头小，P小于是液柱高度低的现象可以证明动压头和静压头的加和关系。由此可以证明伯努利方程的合理性。 八、思考题 所有测压管中的液柱高度是否在同一标高上？应否在同一标高上？为什么？ 2、第二步中（1）A、E两管中液位高度是否相等？若不等，其差值代表什么？ B、D两管中，C、D两管中液位高度是否相等？若不等，其差值代表什么？ 3、第三步中各测压管内液位高度是否变化？为什么变化？这一现象说明了什么？ 流体流型的观察与测定 一、实验目的 1、 观察流体在管内流动的两种不同型态，加强层流和湍流两种流动类型的感性认识； 2、掌握雷诺准数Re的测定与计算； 3、测定临界雷诺数。 二、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，还有管径（或当量管径）d，流体的密度ρ及粘度μ，由此四个物理量组成的无因次数群Re的值是判定流体流动类型的一个标准。 （1－1） Re2000~2300时为层流，Re4000时为湍流，2000Re4000时为过渡区，在此区间流型可能表现为流层，也可能表现为湍流。 从雷诺数的定义式来看对同一个仪器d为定值，故u仅为流量的函数。对于流体水来说,ρ、μ几乎仅为温度的函数。因此确定了水的温度及流量，即可计算雷诺数。 注意： 雷诺实验要求减少外界干扰，严格要求时应在有避免震动设施的房间内进行。如果条件不具备，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，层流的雷诺数上界达不到2000，只能达到1600左右。 层流时红墨水成一线流下，不与水相混。 湍流时红墨水与水混旋，分不出界限。 三、实验装置及仪器 试验装置如图1－1所示，液面保持一定高度的水箱与玻璃测试管相连，水箱上放有颜色水瓶，测试管上安有带针头的胶塞，用出口阀调节流量，用转子流量计测定流量。试验时水由高位水箱进入玻璃管，槽内水由进水管供应，槽内设有进水稳流装置及溢流箱用以维持平稳而又稳定的液面，多余之水由溢流管排入水沟。 图1－1 雷诺实验装置 四、实验步骤 1、检查针头是否堵塞，颜色水是否沉淀。 2、向水箱内注水。 3、打开出口阀，排除实验管中的气体。 4、开启上水阀，使高位槽充水至产生溢流时关闭（若条件许可，此步骤可在实验前数小时进行，以使高位槽中的水经过静置，消除旋流，提高实验的准确度）。 5、开颜色水阀，使颜色水由针头注入玻璃试验管。 6、逐步开大排水阀，观察不同雷诺数时的流动状况，并把现象记入表中。 7、做两种情况下的对比实验： （1）关闭