工程流体力学
实验报告
学院：交通运输工程学院
班级：交通设备1206
姓名：邱瑞玢
学号：1104120907
雷诺数测定实验
【实验目的】
1. 观察水的层流和紊流的形态及特征；
2. 学习测量和计算流体的雷诺数和临界雷诺数。

【实验原理】
雷诺数是流体惯性力
L
υ
ρ2
与黏性力
L
v
2
μ的比值，它是一个无因次化的量。

R e =μρVl =l
l V l V 22
)/(2
μρ
雷诺说较小时，粘滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速的扰动会因粘滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺数较大时，惯性力对流场的影响大于粘滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的紊流流场。

【实验内容】
1. 缓慢调节水量控制阀，观察透明水管中红色水流线的变化。

观察水的层流态、紊流态的
特征。

2. 找出层流和紊流转换临界点，在临界点测量水的流速，往复测量三次。

3. 根据测量数据计算出水的临界雷诺数。

【实验现象】
1. 当水流流速较低时，水管中水流处于层流状态，示踪剂（红色墨水）呈线状，无分散；
2. 逐渐开大控制阀，水流速度加大，呈线状流动的红色墨水开始出现波动，逐渐散开，这
时水流处于过渡状态；
3. 再开大控制阀，水流速度继续增大，红色墨水消失，此时水流处于紊流状态。

层流状态
紊流状态
【实验结果】
项目组别时间（s）水量（mL)
流量（mL/s)
流量均值120120060220110055320125062.51306002023070023.33
30720
24
从层流到紊流
从紊流到层流59.1
22.4
实验中，水流束的特征长度l=D=3CM,流速由公式D
2
π4q
v V =
求得，得到
V1=0.032m/s,V2=0.084m/s ，而水在标准大气压，室温时的动力粘度
s p 10
000.1a
-3
×∙=μ，则雷诺数
R e1 =μ
ρVD =960
R e2 =μ
ρVD =2520
【结果分析】
查阅资料可知一般管道雷诺数Re ＜2000为层流状态，Re ＞4000为紊流状态，Re ＝2000～4000为过渡状态。

而本次实验所测得的紊流状态下的雷诺数比理论值小，产生误差的原因为：
1. 偶然误差：观察出现偏差，将水流处于由层流向紊流的过渡状态当作紊流状态，从而测
得的水流速度偏小，造成所计算的雷诺数偏小。

2. 系统误差：示踪剂（红色墨水）很容易在水中扩散，当处于过渡状态时，由于水流开始
产生搅动，从而将红色墨水打散，扩散在水中，造成水流已处于紊流状态的假象，导致
误差产生。

文丘里管实验
【实验目的】
观察文丘里效应，学习文丘里管测量流量的原理和方法。

【实验原理】
文丘里效应，以其发现者，意大利物理学家文丘里（Giovanni Battista Venturi ）命名。

这种效应是指在高速流动的气体附近会产生低压，从而产生吸附作用。

利用这种效应可以做出文丘里管。

文丘里管在现今科技发展中得到应用，因为其制造和维护成本比较低。

P 1+21v 12ρ+h g 1ρ=P 2+21
v 22ρ+h g 2ρ+ζ
基于文丘里效应制造的设备，叫做文丘里xxxx ，如文丘里水膜除尘器、文丘里扩散管、文丘里收缩管、文丘里喷射泵、文丘里流量计等。

【实验内容】
1. 认识文丘里管，并观察透明文丘里管内水流产生的文丘里效应。

2. 通过调节流量控制阀，设定高中低三种水流速度，分别测量对应流速下文丘里管的最大
压差，并且用量杯和秒表分别测量水流的真实流量。

3. 通过文丘里管和伯努利方程计算出水流速度，与用量杯秒表测量的真实流速对比，评估
文丘里管测量流量的准确性，讨论消除误差的方法。

【实验数据】
组别时间/s 水量/mL h1/cm h2/cm △h/cm 12572034.332.8 1.5220110031.426 4.63
10
950
26
12.2
13.8
【数据处理】
本次实验中，d1=40mm ，d2=10mm ； 由
伯
努
利
方
程
P+
v 2
ρ1+gh ρ=C 可求得
【结果分析】
本次实验，由水柱高度差所求得的管内流速（非缩颈处）均比由水管出水流量所求得的管内
流速大，其误差原因来源于两方面： 1. 偶然误差：
（1） 在读取h1与h2的高度值时，读书出现偏差（仰视读数，俯视读数），造成△h 存在
偏差，进而导致v1，v2的计算出现误差；
（2） 在用量杯测取水量时，量杯的接入滞后于秒表开始记时，导致量杯水量偏少，进而
所求得的v1实测值偏小。

2. 系统误差：
实验室器材老化严重，在文丘里管缩颈与立管连接的地方，漏水较为严重，也就是说，所测得的h2要偏小，故△h 偏大，所求得的v1，v2也随之偏大。

漏水导致从水管末端接入量杯的水减少，由此求得的v1实测值也将偏小。

要提高文丘里管的测量精度，首先应该着眼于提高文丘里管的密封性，使其密封性达到一个相对来说密闭的状态；其次在文丘里管内部，在主管与缩颈的连接处应采用光滑连接，内壁尽量采用对流体粘滞力的材料，以减少水头损失，提高测量精度。

皮托管及伯努利方程应用实验
【实验目的】
1. 学习皮托管的使用方法。

2. 增强对伯努利方程的理解和认识。

【实验原理】
1. 伯努利方程：
流体在忽略粘性损失的流动中，流线上任意两点的压力势能、动能与位势能之和保持不变。

这个理论是由瑞士数学家丹尼尔-伯努利在1738年提出的，被称为伯努利原理。

重力场中无粘性流体定常流动的能量方程称为伯努利定理。

或称为伯努利方程，是流体动力学基本方程之一。

P+
v 2
ρ2
1+gh ρ=C 2. 皮托管
皮托管是测量气流总压和静压以确定气流速度的一种管状装置，由法国H ·皮托发明而得名。

皮托管的构造如图，头部为半球形，后为一双层套管。

测速时头部对准来流，头部中心处小孔（总压孔）感受来流总压
p
，经内管传送至压力计。

头部后约3-8D 处的外套管壁上均匀地开有一排孔（静压孔），感受来流静压p ，经外套管也传送至压力计。

皮托管常用在测量通风管道、工业管道、炉窑烟道内的气流速度，经过换算来确定流量，也
可测量管道内的水流速度。

用皮托管测速和确定流量，有可靠的理论根据，使用方便、准确，是一种经典的广泛的测量方法。

此外，它也可用来测量流体的压力。

【实验内容】
1. 控制水量调节阀，分别调出高中低三种水流速度；
2. 在每一种速度下，用皮托管测量出水管内的动压；
3. 用量杯和秒表测量水管内的真实流量；
4.
分别计算出二中不同方法的测量结果并比较，讨论皮托管测量流速的优势和不足。

【实验数据】
组别时间/s 水量(mL)静压孔/cm 总压孔/cm △h/cm 15115020.427.77.3210135029.731.5 1.83
10
600
34.5
35
0.5
【数据处理】
由伯努利方程P+v 2
ρ21+gh ρ=C 可以推导出h 22
∆=g
v ，则得到：
V1=119.6cm/s;
V2=59.4cm/s; V3=31.1cm/s.
由量杯/秒表测得的水流量求得的流速： V1=114.4cm/s; V2=67.1cm/s; V3=29.8cm/s.
【结果分析】
由皮托管测得管内水流流速与从管末端通过量杯/秒表测得的管内水流流速有一定的出入。

首先这可能源于量杯/秒表方法测水流流速偶然误差发生的概率比较大，尤其是当水流流速很大的时候，秒表开始的时间与量杯接入的时间稍微有点不同步，就会导致极大的误差。

皮托管本身测量的误差就很小，质量越高的皮托管，其精度也越高，故其在实际中有很广泛的运用空间。

但是，皮托管必须是建立在一端伸入管内的基础上，所以拆装很不方便，灵活性差，不适用于在管道路线上进行随机测量。