第章化工原理演示及选修实验.doc

第七章 化工原理演示实验和选修实验 7.1 化工原理演示实验 7.1.1 雷诺实验 一、实验目的 了解管内流体质点的运动方式，认识不同流动形态的特点，掌握判别流型的准则。 观察圆直管内流体作层流、过渡流、湍流的流动型态。观察流体层流流动的速度分布。 二、实验内容 1. 以红墨水为示踪剂，观察圆直玻璃管内水为工作流体时，流体作层流、过渡流、湍流时的各种流动型态。 观察流体在圆直玻璃管内作层流流动的速度分布。 三、实验装置 实验装置流程如图7-1所示。 图7-1 雷诺实验装置 1 溢流管；2 墨水瓶；3 进水阀；4示踪剂注入管 5水箱；6 水平玻璃管；7 流量调节阀 实验管道有效长度: L＝600 mm 外径: Do＝30 mm 内径: Di＝24.5 mm 孔板流量计孔板内径: do＝9.0 mm 四、实验步骤 1. 实验前的准备工作 (1) 实验前应仔细调整示踪剂注入管4的位置，使其处于实验管道6的中心线上。 (2) 向红墨水储瓶 2 中加入适量稀释过的红墨水，作为实验用的示踪剂。 (3) 关闭流量调节阀7，打开进水阀3，使水充满水槽并有一定的溢流，以保证水槽内的液位恒定。 (4) 排除红墨水注入管4中的气泡，使红墨水全部充满细管道中。 2. 雷诺实验过程 (1) 调节进水阀，维持尽可能小的溢流量。轻轻打开阀门7，让水缓慢流过实验管道。 (2) 缓慢且适量地打开红墨水流量调节阀，即可看到当前水流量下实验管内水的流动状况（层流流动如图7-2所示）。用体积法（秒表计量时间、量筒测量出水体积）可测得水的流量并计算出雷诺准数。因进水和溢流造成的震动，有时会使实验管道中的红墨水流束偏离管的中心线或发生不同程度的摆动；此时, 可暂时关闭进水阀3，过一会儿，即可看到红墨水流束会重新回到实验管道的中心线。 图7-2 层流流动示意图 (3) 逐步增大进水阀3和流量调节阀7的开度，在维持尽可能小的溢流量的情况下提高实验管道中的水流量，观察实验管道内水的流动状况（过渡流、湍流流动如图7-3所示）。同时，用体积法测定流量并计算出雷诺准数。 图7-3 过渡流、湍流流动示意图 3．流体在圆管内流动速度分布演示实验 首先将进口阀 3打开，关闭流量调节阀7。打开红墨水流量调节阀，使少量红墨水流入不流动的实验管入口端。再突然打开流量调节阀7，在实验管路中可以清晰地看到红墨水流动所形成的，如图7-4所示的速度分布。 图7-4 速度分布示意图 4. 实验结束时的操作 关闭红墨水流量调节阀，使红墨水停止流动。 关闭进水阀 3，使自来水停止流入水槽。 待实验管道冲洗干净，水中的红色消失时,关闭流量调节阀7。 若日后较长时间不用，请将装置内各处的存水放净。 五、注意事项 做层流流动时,为了使层流状况能较快地形成，而且能够保持稳定。第一，水槽的溢流应尽可能的小。因为溢流大时，上水的流量也大，上水和溢流两者造成的震动都比较大，影响实验结果。第二，应尽量不要人为地使实验装置产生任何震动。为减小震动，若条件允许，可对实验架进行固定。 六、思考题 若红墨水注入管4不设在实验管中心，能得到实验预期的结果吗？ 如何计算某一流量下的雷诺数？用雷诺数判别流型的标准为何？ 层流和湍流的本质区别在于流体质点的运动方式不同，试述两者的运动方式。 解释“层流内层”和“湍流主体”的概念。 7.1.2 柏努利方程演示实验 一、实验目的 了解流体在管内流动情况下，静压能、动能、位能之间相互转换的关系，加深对伯努利方程的理解。 2．了解流体在管内流动时，流体阻力的表现形式。 二、实验内容 观察流动过程中，随着实验测试管路结构与水平位置的变化及流量的改变，静压与冲压头之间的变化情况，并找出其规律，以验证伯努利方程。 图7-5 能量转换流程示意图 1－离心泵 2－调节阀 3－溢流 4－高位槽 5－静压头测量管 6－总压头测量管 7－实验测试管路 8-流量调节阀 9－流量计 10-低位槽，11-回流阀 三、实验装置 实验装置与流程示意图如图7-5所示，实验测试导管的结构尺寸见图7-6中标绘，实验测试导管、测压管均用玻璃制成便于观测。 图7-6 实验导管结构图 实验步骤 在水槽中加入约3/4体积的蒸馏水，关闭离心泵出口流量调节阀2、回流阀11及实验流量调节阀8，启动离心泵。 将实验管路上的流量调节8全开，逐步开大离心泵出口流量调节阀2至高位槽溢流管有水溢流。 流动稳定后读取A、B、C、D截面静压头和总压头的大小并记录数据。