化工原理实验.pdf

化工原理

实验与仿真李
贤
英
实验一

雷诺实验
（（一一一））实验目的

（（1111）））建立建立““滞流和湍流两种流动形态滞流和湍流两种流动形态””的感性认识的感性认识，
改变水在管内的速度，观察在不同雷诺准数下流体流
动的变化
（（2222）））观察滞流时流体在圆管内的速度分布曲线观察滞流时流体在圆管内的速度分布曲线
（（二二二））实验装置及流程

小瓶

细管

水箱水平玻璃管

阀门

溢流装置
实验时可以观察到：

当玻璃管里水流的速度不大时：
有色液体成一条直线平稳地流过
整根玻璃管，，与玻璃管里的水不相混杂与玻璃管里的水不相混杂

若把水流速度逐渐提高到一定数值,,,
颜色线弯曲，，出现波浪形出现波浪形

速度再增：
有色液体与水完全混和在一起,,,
使整根玻璃管中的水呈现均匀的颜色
表明；；玻璃玻璃管内的水的质点是沿着
与管轴平行的方向作直线运动

表明：：水的质点除了沿管道相前运动水的质点除了沿管道相前运动
外外,,,,各质点还作不规则的杂乱运动各质点还作不规则的杂乱运动,,,且,且
彼此相互碰撞并混合...质点速度的大小.质点速度的大小
和方向随时发生变化
湍流或紊流
流动的类型

滞流或层流水流速度到一定程度

提高水流速度

水流速度不大
流型的判断

Re=duρ/µρ/µρ/µ
雷诺（Reynolds)准准数数

（（1111）））当当Re≤2000时时，，，层流区层流区

（（2222）））当当2000<Re<4000时时，，，过过过渡区渡区

(3(3(3）(3））当当Re≥4000时时，，，湍流区湍流区
流体在管内作层层流流动时流流动时；

ux
θθθux

θ1θθθ2

其质点沿管轴作有规则的平行运
动动，，，各质点互不碰撞各质点互不碰撞，，互不混合互不混合
流体在管内作层层流流动时流流动时；

ux
θθθux

θ1θθθ2

dRe<2000umax
ux
θθθ

θθθ1θθθ2

管道截面上某一固定的流体质点在沿管
轴向前运动的同时，，还有径向运动还有径向运动

径向速度的大小和方向是不断变化的，
从而引起轴向速度的大小和方向也随时变化
ux
θθθ

θθθ1θθθ2

dRe>4000umax
实验二

柏努利方程实验
（（一一一））实验目的

通过实验，，加深对流动流体中各种能量或压头及加深对流动流体中各种能量或压头及

其相互转化的理解，，在此基础上熟练掌握柏努利方程在此基础上熟练掌握柏努利方程

观察流速的变化规律，，从而理解流体流动的连续从而理解流体流动的连续

性方程

观察各项压头变化的规律
（（二二二））实验原理

当流体稳态流动时，，所具有的各种机械能所具有的各种机械能

的守恒及相互转化关系服从柏努利方程
对于不可压缩性流体在导管内作定常态流动

22
gZ1+½u1+p1/ρρρ+We=gZ2+½u2+p2/ρρρ+ΣΣΣhf

柏努利方程Bernoulliequation
系统与环境又无功的交换时

22
gZ1+½u1+p1/ρρρ=gZ2+½u2+p2/ρρρ+ΣΣΣhf

以单位重量流体为衡算基准时

22
Z1+½gu1+p1/gρρρ=Z2+½gu2+p2/gρρρ+ΣΣΣhf

物理意义：
是指该项能量可将1kg1kg该流体克服其重力该流体克服其重力
而提升的高度------“压头”
冲
压
头？
1

22
Z1+½gu1+p1/gρρρ=Z2+½gu2+p2/gρρρ+ΣΣΣhf
位动静
压压压冲压头
头头头
静压头

2
冲
压
头？
1

22
Z1+½gu1+p1/gρρρ=Z2+½gu2+p2/gρρρ+ΣΣΣhf
位动静压
头
压压压冲压头
头头头损
失
静压头

2
冲
压
头

22
Z1+½gu1+p1/gρρρ=Z2+½gu2+p2/gρρρ+ΣΣΣhf
位动静压
压压压头
头头头损
失

观察：
不可压缩流体在导管内流动时，，各种形式机械各种形式机械
能的相互转化现象
（（四四四））实验步骤及注意事项

111．1．缓缓开启自来水进水阀门,,,充满稳压溢流水,充满稳压溢流水
槽槽，，，保持适量溢流保持适量溢流,,,使槽液面稳定,使槽液面稳定;;;
222．设法排尽设备及测量管内空气;;;

实验内容
111．1．．流体静止时各点静压头的测定流体静止时各点静压头的测定
222．2．．大流量大流量（（全开全开））时流量及各压头的测定时流量及各压头的测定
实验三
流体力学综合实验
（（一一一）））管道流体阻力测定管道流体阻力测定
（（一一一））实验目的

掌握测定流体阻力的实验方法

测定流体流经直管时的摩擦系数与雷诺准数的关系