化工原理实验.doc

实验一雷诺实验

一、实验目的
研究流体流动的型态，对于化学和食品工程的理论和工程实践都具有决定性的意义。
1883年雷诺（Reynolds）首先在实验装置中观察到实际流体的流动存在两种不同型态一层流和湍流，以及两种不同型态的转变过程。
本实验的目的，是通过雷诺实验装置，观察流体流动过程的不同流型及其转变过程，测定流型转变时的临界雷诺数。
二、实验原理
经许多研究者实验证明：流体流动存在两种截然不同的型态主要决定因素为流体的密度、粘度、流动的速度以及设备的几何尺寸（在圆形导管中为导管直径）。
将这些因素整理归纳为一个量纲一的特征数，称该特征数为雷诺数，即
Re=dρu/μ

式中d～导管直径，m；
ρ～流体密度，kg·m-1；
μ～流体粘度，Pa·S；
u～流体速度，m·S-1；
大量实验测得：当雷诺数小于某一下临界值时，流体流动形态恒为层流；当雷诺数大于某一上临界值时流体流型恒为湍流。在上临界值与下临界值之间，则为不稳定的过渡区域。对于圆形导管下临界雷诺数为2000，上临界雷诺数为10000。一般情况下，上临界雷诺数为4000时，即可形成湍流。
应当指出，层流与湍流之间并非是突然的转变，而是两者之间相隔一个不稳定过渡区域，因此，临界雷诺数测定值和流型的转变在一定程度上受一些不毯定的其他因素的影响。
三、实验装置
雷诺实验装置主要由稳压溢流水槽、试验导管和转子流量计等部分组成，如图1-1所示。自来水不断注入并充满稳压溢流水槽。稳压溢流水槽的水流经试验导管和流量计，最后排入下水道。稳压溢流水槽的溢流水，也直接排入下水道。
水流量由调节阀调节。

图1雷诺实验装置及流程
1、示踪迹瓶；2、稳压溢流水槽；3、试验导管；
4、转子流量计；V01；示踪迹调节阀；V02上水调节阀
V03水流量调节阀；V04，V05—泄水阀；V06—放风阀。
四、实验方法
实验前准备工作：
(1)实验前，先用自来水充满稳压溢流水槽。将适量示踪剂（红墨水）加入贮瓶内备用，并排尽贮瓶与针头之间管路内的空气。
(2)实验前，先对转子流量计进行标定，作好流量标定曲线。
(3)用温度计测定水温。
实验操作步骤：
(1)开启自来水阀门，保持稳压溢流水槽有一定的溢流量，以保证试验时具有稳定的压头。
(2)用放风阀放去流量计内的空气，再少许开启转子流量计后的调节阀，将流量调至最小值，以便观
察稳定的层流流型，再精细地调节示踪剂管路阀，使示踪剂（红墨水）的注水流速与试验导管内主体流体的流速相近，一般略低于主体流体的流速为宜。精心调节至能观察到一条平直的红色细流为止。
(3)缓慢地逐渐增大调节阀的开度，使水通过试验导管的流速平稳地增大。直至试验导管内直线流动的红色细流开始发生波动时，记下水的流量和温度，以供计算下临界雷诺数据
(4)继续缓慢地增加调节阀开度，使水流量平稳地增加。这时，导管内的流体的流型逐步由层流向湍流过渡。当流量增大到某一数据值后，示踪剂（红墨水）一进入试验导管，立即被分散呈烟雾状，这时标明流体的流型已进入湍流区域。记下水的流量和温度数据，以供计算上临界雷诺数。
这样实验操作需反复进行数次（至少5—6次），以便取得较为准确的实验数据，
实验操作注意事项：
(1)本实验示踪剂采用红墨水它由红墨水贮瓶，经连接软管和注射针头，注入试验导管。应注意适当调
节注射针头的位置，使针头位于管轴线上为佳。红墨水的注射速度应与主体流体流速相近（略低些为宜），因此，随着水流速的增大，需相应地细心调节红墨水注射流量，才能得到较好的实验效果。
(2)在实验过程中，应随时注意稳压水槽的溢流水量，随着操作流量的变化，相应调节自来水给水量，防止稳压槽内液面下降或泛滥事故的发生。
(3)在整个实验过程中，切勿碰撞设备，操作时也要轻巧缓慢，以免干扰流体流动过程的稳定性。实验过程有一定滞后现象，因此，调节流量过程切勿操之过急，状态确实稳定之后，再继续调节或记录数据。
五、实验结果整理
(1)实验设备基本参数
试验导管内径
(2)实验数据记录及整理
实验序号流量
q温度
T粘度
μ密度
ρ流速
u临界雷诺数Re实验现象及流型m3·s-1℃Pa·skg·m3m·s-1[1][2][3][4][5][6]

列出上表中各项计算公式：

实验二伯努利实验

一、实验目的
流动流体所具有的总能量是由各种形式的能量所组成，并且各种形式的能量之间又可相互转换。当流体在导管内作稳态流动时，在导管的各截面之间的各种形式机械能的变化规律，可由机械能衡算基本方程来表达。这些规律对于解决流体流动过程的管路计算、流体压强、流速与流量的测量，以及流体输送等问题，都有着十分重要的作用。
本实验采用一种称之为伯努利实验仪的简单装置，实验观察不可压缩流体在导管内流动时的各种形式机械能的相