化工基础实验-教学内容与要求.docx

《化工基础实验》

实验教学内容与要求

实验一、伯努利实验

【本章学习目标】

1．演示流体在管内流动时静压能、动能、位能相互之间的转换关系，加深对伯努利方程的理解。

2.观测当流体经过扩大、收缩管段时，各截面上静压头的变化过程。

【重点、难点】

教学重点：静压能、动能、位能相互之间的转换关系

教学难点：各截面上静压头的调试以及数据记录

【教学方法】

实验课的教学方法主要采用基础理论讲解结合实际设备的操作进行相应数据获取的展示，然后让学生分组进行实验，获取数据并进行数据处理。

【课程内容】

1.课程基本原理讲解

伯努利实验是流体力学最重要的实验之一，例如在化工生产、港口、能源动力工程、环境工程、道路与桥梁工程、土木工程等专业的流体力学课程中占有重要的位置。

图-1、实验测试导管管路图

2.实验原理

（1）冲压头分析：

冲压头为静压头与动压头之和。实验中观测到，从测压点2至11截面上的冲压头依次下降，这符合下式所示的从截面2流至截面1的柏努利方程。

=-

（2）截面间静压头分析:（同一水平面处静压头变化）

截面1至10，由于两截面处于同一水平位置，截面面积10比1处大，这样10处的流速比1处小。设流体从1流到10的压头损失为Hf，1-10，以1-10面列柏努利方程。

Z1=Z10

即两截面处静压头之差是由动压头减小和两截面间的压头损失来决定的，既。

（3）截面间静压头分析：（不同水平面处静压头变化）

截面12至14，当出口阀全开时，由于12、14截面积相等即动能相同。在C、D间列柏努利方程如下

可以看出，从12到14静压头的降低值，决定于（Z12-Z14）和Hf，12-14。当（Z12-Z14）大于Hf，12-14时，静压头增值为正，反之静压头增值为负。

（4）压头损失的计算：

以出口阀全开时从C到D的压头损失和Hf，C-D为例。现在对C、D两截面间

列柏努利方程。

压头损失的算法之一是用冲压头来计算：

压头损失的算法之二是用静压头来计算：（uC=uD）

两种计算方法所得结果基本一致，说明所得实验数据是正确的。

3.实验内容

演示流体在管内流动时静压能、动能、位能相互之间的转换关系，加深对伯努利方程的理解；通过能量之间变化了解流体在管内流动时其流体阻力的表现形式；可直接观测到当流体经过扩大、收缩管段时，各截面上静压头的变化过程。

4.实验成绩评定

实验操作占50％实验报告占50％

【复习与思考】

1.流体在管内流动时受那些因素影响？

2.两种计算方法的异同是什么？

3.通过此次实验，伯努利的应用领域在什么地方？

实验二、雷诺实验

【本章学习目标】

1．通过实验现象更好的掌握不同流型的流动特征。

2.测定临界雷诺数。

【重点、难点】

教学重点：临界雷诺数的测试方法

教学难点：不同流型的流动特征识别

【教学方法】

实验课的教学方法主要采用基础理论讲解结合实际设备的操作进行相应数据获取的展示，然后让学生分组进行实验，获取数据并进行数据处理。

【课程内容】

1.实验简介

(1)实验前的准备工作

①向棕色试剂瓶中加入适量用水稀释过的红墨水。通过调节阀将红墨水充满小进样管中。

②观察细管位置是否处于管道中心线上，必要时对细管位置进行调整,使它处于观察管道的中心线上。

③关闭水流量调节阀、排气阀,打开上水阀、排水阀,向高位水箱注水，使水充满水箱产生溢流,并保持一定的溢流量。

④轻轻打开水流量调节阀，让水缓慢流过实验管道，使红墨水充满细管道中。

(2)雷诺实验演示：

①在做好以上准备的基础上，调节进水阀，维持尽可能小的溢流量。

②缓慢有控制地打开红水流量调节夹，红水流束即呈现不同流动状态，红水流束所表现的就是当前水流量下实验管内水的流动状况（图-2表示层流流动状态）。读取流量数值并计算出对应的雷诺准数。

③因进水和溢流造成的震动,有时会使实验管道中的红水流束偏离管内中心线或发生不同程度的左右摆动，此时可立即关闭进水阀，稳定一段时间，即可看到实验管道中出现的与管中心线重合的红色直线。

图-2层流流动示意图

④加大进水阀开度，在维持尽可能小的溢流量情况下增大水的流量，根据实际情况适当调整红墨水流量，即可观测实验管内水在各种流量下的流动状况。为部分消除进水和溢流所造成震动的影响，在滞流和过渡流状况的每一种流量下均可采用三、(2).③中介绍的方法,立即关闭进口阀门,然后观察管内水的流动状况（过渡流、湍流流动如图-3所示）。读取流量数值并计算对应的雷诺准数。

图-3过渡流、