化工原理实验讲义-焦作大学.doc

实验一 雷 诺 实 验 一、实验目的 1、建立对层流（湍流）和湍流两种流动类型的直观感性认识。 2、观测雷诺数与流体流动类型的相互关系。 3、观察层流中流体质点的速度分布。 二、基本原理 流体的流动类型与雷诺数的关系。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。 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Re = duρ/μ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几乎仅为流量的函数。 因此确定了温度及流量，即可由仪器铭牌上的图查取雷诺数。 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2300，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 装置：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，用转自流量计测定流量。 仪器： 1、水箱 2、玻璃实验管（管径不变），d=20mm L=90cm 3、颜色水瓶(KMnO4水溶液) 4、转子流量计 5、针头 9# 6、温度计0~50℃。 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、逐步开打排水阀，观察不同雷诺数时的流动状况，并把现象记入表中。 7、继续开大排水阀，直至红墨水与水相混旋，测取此时流量并求出相应的雷诺数记入表中。 8、观察层流时流体质点的速度分布。层流时，由于流体与管壁间的摩擦力及流体内摩擦力的作用，管中心处流体质点速度最大，愈靠近管壁速度愈小。因此，静止时处于同一横截面的流体质点，开始层流流动后，由于速度不同，组成了旋转抛物面（即由抛物线绕其对称轴旋转形成的曲面）。下面的演示可使学生直观地看到曲面的形成。先打开红墨水阀门，使红墨水扩散为团状。在稍稍开启排水阀，使红墨水缓慢随水运动，则可观察到红墨水团前端的界限，形成了旋转抛物面。 五、实验结果和数据计算过程 1、层流速度分布表演：在玻璃管的水静止状态下加入墨水，让墨水将注入针附近约2-3厘米的水层染上颜色，然后停加墨水，打开流量调节阀，让水保持在层流流量下流动，这时就可以看到被染色的水成抛物分布。 2、测定各种流动状态下的雷诺数：开进水阀，保持有少量水溢流。实验从小流量到大流量然后又从大流量到小流量。实验结果列于表1： 实验结果 表1 玻璃管内径23.4毫米，水温25℃ 序号 流量计算值（升/时） 雷诺数 墨水线的形状 1 36 610 从头到尾都是直线 2 60 1010 从头到尾都是直线 3 72 1220 从头到尾都是直线 4 112 1900 从头到尾都是直线 5 151 2550 中部以后有波动 6 191 3200 全部有较大波动 7 302 5100 下部散开 8 461 7780 完全湍流 9 600 10120 完全湍流 10 151 2550 中部以后波动 11 112 1900 直线 上表雷诺数是从图表查出，为了练习，应取其中一些数据进行计算。 雷诺数的计算： 雷诺数是无因次数群，只要各物理量采用同一单位制，则无论是用那一种单位制，结果都是相同的，现取第5点做例子： Re= 查知： 25℃时 μ=0.8937（厘泊） 换算为SI单位制： μ=0.8937×10-3 N·S/m2(千克·秒/米2) 管内径d=0.0234(米) 管截面积==4.3×10-4(米2) 管内平均速度u=（米/秒） 水的密度 ρ25℃=997(千克/米3) Re= 实验二 柏努利方程实验 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力方程。 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