实验一流体流型及雷诺数的测定一、实验目的1、观察流体在管内流动的两种不同流型。2、测定临界雷诺数Rec。二、 基本原理流体流动有两种不同型态，即层流（或称滞流，Laminarflow）和流（或称素流，Turbulentflow），这一现象最早是由雷诺（Reynolds）于1883年首先发现的。流体作层流流动时，其流体质点作平行于管轴的直线运动，且在径向无脉动：流体作瑞流流动时，其流体质点除沿管轴方向作向前运动外，还在径向作脉动，从而在宏观上显示出紊乱地向各个方向作不规则的运动。流体流动型态可用雷诺准数（Re）来判断，这是一个由各影响变量组合而成的无因次数群，故其值不会因采用不同的单位制而不同。但应当注意，数群中各物理量必须采用同一单位制。若流体在圆管内流动，则雷诺准数可用下式表示：Re = dup(1-1)式中：Re一雷诺准数，无因次；d一管子内径，m;u一流体在管内的平均流速，m/sp一流体密度，kg/m3；μ一流体粘度；Pa·s。层流转变为流时的雷诺数称为临界雷诺数，用Rec表示。工程上一般认为，流体在直圆管内流动时，当Re≤2000时为层流；当Re>4000时，圆管内已形成流；当Re在2000至4000范围内，流动处于一种过渡状态，可能是层流，也可能是端流，或者是二者交替出现，这要视外界干扰而定，一般称这一Re数范围为过渡区。式（1一1）表明，对于一定温度的流体，在特定的圆管内流动，雷诺准数仅与流体流速有关。本实验即是通过改变流体在管内的速度，观察在不同雷诺准数
实验一 流体流型及雷诺数的测定 一、实验目的 1、观察流体在管内流动的两种不同流型。 2、测定临界雷诺数 Re c 。 二、基本原理 流体流动有两种不同型态，即层流（或称滞流，Laminar flow）和湍流（或 称紊流，Turbulent flow），这一现象最早是由雷诺（Reynolds）于 1883 年首先发 现的。流体作层流流动时，其流体质点作平行于管轴的直线运动，且在径向无脉 动；流体作湍流流动时，其流体质点除沿管轴方向作向前运动外，还在径向作脉 动，从而在宏观上显示出紊乱地向各个方向作不规则的运动。 流体流动型态可用雷诺准数（Re）来判断，这是一个由各影响变量组合而 成的无因次数群，故其值不会因采用不同的单位制而不同。但应当注意，数群中 各物理量必须采用同一单位制。若流体在圆管内流动，则雷诺准数可用下式表示： du Re = （1－1） 式中：Re —雷诺准数，无因次； d —管子内径，m； u —流体在管内的平均流速，m／s； —流体密度，kg／m3； μ—流体粘度；Pa·s。 层流转变为湍流时的雷诺数称为临界雷诺数，用 Re c 表示。工程上一般认 为，流体在直圆管内流动时，当 Re≤2000 时为层流；当 Re>4000 时，圆管内已 形成湍流；当 Re 在 2000 至 4000 范围内，流动处于一种过渡状态，可能是层流， 也可能是湍流，或者是二者交替出现，这要视外界干扰而定，一般称这一 Re 数 范围为过渡区。 式（1－1）表明，对于一定温度的流体，在特定的圆管内流动，雷诺准数仅 与流体流速有关。本实验即是通过改变流体在管内的速度，观察在不同雷诺准数
下流体的流动型态。三、实验装置及流程实验装置如图1一1所示。主要由玻璃试验导管、流量计、流量调节阀、低位贮水槽、循环水泵、稳压溢流水槽等部分组成，演示主管路为*20×2mm硬质玻璃。T637&4D9具具图1-1流体流型演示实验1一红墨水储槽；2一溢流稳压槽：3一实验管：4一转子流量计；5-循环泵：6-上水管；7-溢流回水管：8—调节阀：9一储水槽实验前，先将水充满低位贮水槽，关闭流量计后的调节阀，然后启动循环水泵。待水充满稳压溢流水槽后，开启流量计后的调节阀。水由稳压溢流水槽流经缓冲槽、试验导管和流量计，最后流回低位贮水槽。水流量的大小，可由流量计和调节阀调节。示踪剂采用红色墨水，它由红墨水贮瓶经连接管和细孔喷嘴，注入试验导管。细孔玻璃注射管（或注射针头)位于试验导管人口的轴线部位。注意：实验用的水应清洁，红墨水的密度应与水相当，装置要放置平稳，避免震动
下流体的流动型态。 三、实验装置及流程 实验装置如图 1－1 所示。主要由玻璃试验导管、流量计、流量调节阀、低 位贮水槽、循环水泵、稳压溢流水槽等部分组成，演示主管路为 20 2 mm 硬质 玻璃。 1 2 6 3 7 4 8 9 5 图 1－1 流体流型演示实验 1－红墨水储槽； 2－溢流稳压槽； 3－实验管； 4－转子流量计； 5－循环泵； 6－上水管； 7－溢流回水管； 8－调节阀； 9－储水槽 实验前，先将水充满低位贮水槽，关闭流量计后的调节阀，然后启动循环水 泵。待水充满稳压溢流水槽后，开启流量计后的调节阀。水由稳压溢流水槽流经 缓冲槽、试验导管和流量计，最后流回低位贮水槽。水流量的大小，可由流量计 和调节阀调节。 示踪剂采用红色墨水，它由红墨水贮瓶经连接管和细孔喷嘴，注入试验导管。 细孔玻璃注射管(或注射针头)位于试验导管人口的轴线部位。 注意：实验用的水应清洁，红墨水的密度应与水相当，装置要放置平稳，避 免震动
四、演示操作（1）层流流动型态试验时，先少许开启调节阀，将流速调至所需要的值。再调节红墨水贮瓶的下口旋塞，并作精细调节，使红墨水的注人流速与试验导管中主体流体的流速相适应，一般略低于主体流体的流速为宜。待流动稳定后，记录主体流体的流量。此时，在试验导管的轴线上，就可观察到一条平直的红色细流，好像一根拉直的红线一样。（2）端流流动型态缓慢地加大调节阀的开度，使水流量平稳地增大，玻璃导管内的流速也随之平稳地增大。此时可观察到，玻璃导管轴线上呈直线流动的红色细流，开始发生波动。随着流速的增大，红色细流的波动程度也随之增大，最后断裂成一段段的红色细流。当流速继续增大时，红墨水进入试验导管后立即呈烟雾状分散在整个导管内，进而迅速与主体水流混为一体，使整个管内流体染为红色，以致无法辨别红墨水的流线
四、演示操作 （1）层流流动型态 试验时，先少许开启调节阀，将流速调至所需要的值。再调节红墨水贮瓶的 下口旋塞，并作精细调节，使红墨水的注人流速与试验导管中主体流体的流速相 适应，一般略低于主体流体的流速为宜。待流动稳定后．记录主体流体的流量。 此时，在试验导管的轴线上，就可观察到一条平直的红色细流，好像一根拉直的 红线一样。 （2）湍流流动型态 缓慢地加大调节阀的开度，使水流量平稳地增大，玻璃导管内的流速也随之 平稳地增大。此时可观察到，玻璃导管轴线上呈直线流动的红色细流，开始发生 波动。随着流速的增大，红色细流的波动程度也随之增大，最后断裂成一段段的 红色细流。当流速继续增大时，红墨水进入试验导管后立即呈烟雾状分散在整个 导管内，进而迅速与主体水流混为—体，使整个管内流体染为红色，以致无法辨 别红墨水的流线
实验二离心泵特性曲线测定一、实验目的1了解离心泵结构与特性，熟悉离心泵的使用；2.掌握离心泵特性曲线测定方法；3.了解电动调节阀的工作原理和使用方法。二、基本原理离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下泵的扬程H、轴功率N及效率n与泵的流量O之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的宏观表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用理论方法推导出泵的特性关系曲线，只能依靠实验测定。1.扬程H的测定与计算取离心泵进口真空表和出口压力表处为1、2两截面，列机械能衡算方程：5+++H=5++%+hpg2gpg2g(2-1)由于两截面间的管长较短，通常可忽略阻力项h，速度平方差也很小故可忽略，则有H =(≥2 -2)+ P2 - Pipg(2-2)=H。+H(表值)+H2式中：H。=22-2，表示泵出口和进口间的位差，m：和p—一流体密度，kg/m；g——重力加速度m/s2：P1、P2——分别为泵进、出口的真空度和表压，Pa;Hi、H2一一分别为泵进、出口的真空度和表压对应的压头，m；ui、u2一一分别为泵进、出口的流速，m/s：ZI、Z2——分别为真空表、压力表的安装高度，m。由上式可知，只要直接读出真空表和压力表上的数值，及两表的安装高度
实验二 离心泵特性曲线测定 一、实验目的 1．了解离心泵结构与特性，熟悉离心泵的使用； 2．掌握离心泵特性曲线测定方法； 3．了解电动调节阀的工作原理和使用方法。 二、基本原理 离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒 定转速下泵的扬程 H、轴功率 N 及效率η与泵的流量 Q 之间的关系曲线，它是 流体在泵内流动规律的宏观表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用理论方 法推导出泵的特性关系曲线，只能依靠实验测定。 1．扬程 H 的测定与计算 取离心泵进口真空表和出口压力表处为 1、2 两截面，列机械能衡算方程： hf g u g p H z g u g p z + + + = + + + 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 （2－1） 由于两截面间的管长较短，通常可忽略阻力项 hf ，速度平方差也很小故可忽略， 则有 H = ( g p p z z 2 1 2 1 ) − − + 0 1 2 = H + H (表值）+ H （2－2） 式中： 0 2 1 H = z − z ，表示泵出口和进口间的位差，m；和 ρ——流体密度，kg/m3 ； g——重力加速度 m/s2 ； p1、p2——分别为泵进、出口的真空度和表压，Pa； H1、H2——分别为泵进、出口的真空度和表压对应的压头，m； u1、u2——分别为泵进、出口的流速，m/s； z1、z2——分别为真空表、压力表的安装高度，m。 由上式可知，只要直接读出真空表和压力表上的数值，及两表的安装高度
差，就可计算出泵的扬程。2.轴功率N的测量与计算N=Nxk(W)(2-3)其中，N电为电功率表显示值，k代表电机传动效率，可取k=0.95。3.效率n的计算泵的效率n是泵的有效功率Ne与轴功率N的比值。有效功率Ne是单位时间内流体经过泵时所获得的实际功，轴功率N是单位时间内泵轴从电机得到的功，两者差异反映了水力损失、容积损失和机械损失的大小。泵的有效功率Ne可用下式计算：Ne=HOpg(2-4)HQpg×100%n=N故泵效率为(2-5)4.转速改变时的换算泵的特性曲线是在定转速下的实验测定所得。但是，实际上感应电动机在转矩改变时，其转速会有变化，这样随着流量Q的变化，多个实验点的转速n将有所差异，因此在绘制特性曲线之前，须将实测数据换算为某一定转速n'下（可取离心泵的额定转速2900rpm）的数据。换算关系如下：Q="'n流量(26)H'= H(")n扬程(2-7)N'轴功率(2-8)gH'pg_CHpg =nn'=9N'N效率(2-9)三、实验装置与流程
差，就可计算出泵的扬程。 2．轴功率 N 的测量与计算 N = N电 k （W） （2－3） 其中，N 电为电功率表显示值，k 代表电机传动效率，可取 k＝0.95。 3．效率η的计算 泵的效率η是泵的有效功率 Ne 与轴功率 N 的比值。有效功率 Ne 是单位时 间内流体经过泵时所获得的实际功，轴功率 N 是单位时间内泵轴从电机得到的 功，两者差异反映了水力损失、容积损失和机械损失的大小。 泵的有效功率 Ne 可用下式计算： Ne = HQg （2－4） 故泵效率为 = 100% N HQg （2－5） 4．转速改变时的换算 泵的特性曲线是在定转速下的实验测定所得。但是，实际上感应电动机在转 矩改变时，其转速会有变化，这样随着流量 Q 的变化，多个实验点的转速 n 将 有所差异，因此在绘制特性曲线之前，须将实测数据换算为某一定转速 n下（可 取离心泵的额定转速 2900rpm）的数据。换算关系如下： 流量 n n Q Q ' = （2－6） 扬程 2 ( ) n n H H = （2－7） 轴功率 3 ( ) n n N N = （2－8） 效率 = = = N QH g N Q'H g （2－9） 三、实验装置与流程