化工原理实验.docx

1《化工原理实验》讲稿二0一四年二月1.雷诺实验一、实验目的1.观察层流、湍流的流态及其转化特征；2.测定临街雷诺准数掌握圆管流动形态的判别准则；3.观察紊流（或湍流）产生过程理解紊流产生机理。二、实验原理1.液体在运动时存在着两种根本不同的流动状态。当液体流速较小时惯性力较小粘滞力对质点起控制作用使各流层的液体质点互不混杂液流呈层流运动。当液体流速逐渐增大质点惯性力也逐渐增大粘滞力对质点的控制逐渐减弱当流速达到一定程度时各流层的液体形成涡体并能脱离原流层液流质点即互相混杂液流呈紊流运动。这种从层流到紊流的运动状态反应了液流内部结构从量变到质变的一个变化过程。2.当初始状态流速较大时从紊流到层流的过渡流速为下临界流速对应的雷诺准数为下临界雷诺数反之为上临界流速和上临界雷诺数。（1）式中——导管直径m；——流体密度kg·m；——流体粘度Pa·s；——流体流速m·s；大量实验测得：当雷诺准数小于某一下临界值时流体流动型态恒为层流；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稳定的其他因素的影响。三、实验装置(雷诺实验仪CEA—F01型)雷诺试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所示。自来水不断注入并稳压溢流水槽。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。图1雷诺实验装置及流程1.示踪剂瓶；2.稳压溢流水槽；3.试验导管；4.转子流量计；V01.示踪剂调节阀；V02.上水调节阀；V03.水流量调节阀；V04V05－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计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。（5）以相反程序即调节阀开度从大逐渐关小再观察观众流动形态的变化现象并记下水的流量和温度数据以供计算下临界雷诺数。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什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、结果分析管内径为六、思考题1.液体流态与哪些因素有关?为什么外界干扰会影响液体流态的变化?2.雷诺数的物理意义是什么？为什么雷诺数可以用来判别流态？3.流态判据为何采用无量纲参数而不采用临界流速？4.临界雷诺数与哪些因素有关？为什么上临界雷诺数和下临雷诺数不一样？5.如果管子不是透明的不能直接观察来判断管中的流体流动型态你认为可以用什么办法来判断？6.有人说可以只用流速来判断管中流体流动型态流速低于某一具体数值时是层流否则是湍流你认为这种看法对否？在什么条件下可以由流速的数值来判断流动型态？7.试根据雷诺与流动演示实验简述紊流的产生和发展机理以及如何降低或消除阻力损失。试列举具体措施。2.离心泵实