实验1：雷诺实验一、实验目的1. 观察流体流动的各种形态。

2. 测定流体流动形态与雷诺数的关系。

3. 观察层流时管道断面流速分布。

二、实验原理流体的流动状态分为层流和湍流。

雷诺数Re udρμ=是判断其状态的基本依据。

流动状态转变时的雷诺数值称为临界雷诺数。

通常，将湍流转变为层流的雷诺数为2300，而层流转变为湍流的雷诺数为4000。

因此，当Re<2300时，流动呈层流。

当Re>4000时，流动呈湍流。

当2300<Re<4000时，流动形态可能使层流，也可能使湍流。

但即使是层流，也是不稳定的，稍有振动即变为湍流，对于圆管有压流动，当Re<2300时为层流，当Re>2300-4000时流动状态逐渐转变为湍流。

平均流速u 由体积流量和有效截面面积求出，其中流量V s 用体积法测出，即在t 时间内流入计量水箱中流体的体积V ，则：体积流量：s V V t =；有效截面面积：24πd A =；平均流速：s V u A=式中：A —管路的横截面积； d —管路直径； u —流速；μ—水的动力粘度。

三、实验装置 见图2。

四、实验步骤1. 准备工作：将水箱充水至经隔板溢流流出，将进水阀门关小，继续向水箱供水，以保持水位高度H 不变。

2. 缓慢开启阀门11，使玻璃管中水稳定流动，并开启墨盒阀门，使红色水以微小流速在玻璃管内流动，呈层流状态。

3. 调节阀门11使流量增大，直至有色流束在管内开始波动，呈现波浪状，但不与周围水流相混。

4. 继续增大流量，有色流束抖动剧烈并向周围扩散，开始与周围水掺混在一起，整个管内水流质点杂论无章，呈现出湍流状态。

5. 调节使流量逐渐变小，观察上述步骤2-4的相反过程。

6. 关闭墨盒阀门，待管内水流清澈后关闭阀门11，然后开启一下墨盒阀门，注入少量有色水使管内水流局部被染色。

再缓慢开启阀门11，让管内为层流流动。

图2 雷诺实验装置图1.水箱及潜水泵2.上水管3. 溢流管4. 电源5.整流栅6.溢流板7.墨盒8. 墨针9. 实验管11. 调节阀12. 计量水箱13. 回水管14实验桌五、实验报告1.实验目的、实验原理。

2.记录原始数据，并计算雷诺数。

六、思考题1.实验中流体做层流流动时，断面流速是否呈抛物面分布?2.不同管径所得的临界雷诺数，理论上是否应相等？3.为什么湍流转变为层流的雷诺数和层流转变为湍流的雷诺数不一样？4.若将管道倾斜放置，对临界雷诺数是否有影响？为什么？七、其它说明1.用体积法测流量时，量水时间越长，则流量越精确，尤其在小流量时，应该注意尽量有较长的盛水时间；2.墨水量不应过大，否则既浪费又影响试验结果；3.应尽可能减少外界对水流的干扰，在实验过程中，要保持环境安静，不要碰撞管道以及与管道有联系的器件及桌子，要仔细轻巧地操作，尾阀开度的改变对水流也是一个干扰，因而操作阀门时要轻微缓慢；4. 每调节一次尾阀，必须等待 3 分钟，使水流稳定后，方可进行测量。

附：水的密度与粘度计算公式：1、 密度：][kg/m 44.1001 0872501.0 003589285.032+--=t t ρ 式中：t ——水的平均温度（℃）2、 粘度：20.001779/(1+0.03368t+0.0002210t )[ Pa s ]μ=⋅ 式中：t ——水的平均温度（℃）实验2： 伯努利方程实验一、实验目的1. 观察液体在管道中流动时能量守恒和转换的物理现象。

2. 测绘水管管路上测压管的静压头及总压头。

二、实验原理若液体在管内的流动是稳态流动，分别取有效截面Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ，则相对于同一水平基准面，在两面间可列伯努利方程为：2211221222u P u P z z h g g g gρρ++=+++∑f22u g 、P g ρ、z 每一项都是长度单位，都表示了一个高度（即z 为位压头，P g ρ为静压头、22u g为动压头，h ∑f 为Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ截面间的压头损失）。

伯努利方程式中的位压头、静压头和动压头之和称为总压头。

三、实验设备本实验台由压差板、实验管道、水泵、实验桌和计量水箱等组成（见图1）。

四、实验步骤1. 实验前学生应复习讲课中的有关内容和阅读实验指导书，为实验做好理论方面的准备。

2. 检验测压板是否与水平线垂直。

3. 启动电泵使水工作循环，检查各处是否有漏水的现象。

4. 关闭尾阀，开启供水阀，稳定水箱液面（保持最高水位并溢流）.此时水箱液面测压管液面为同一水平面。

检查各个测压管水位高度是否在同一水平线上，如果不在同一水平线上，说明有气泡存在，必须把其排除，直至达到同一水平线。

（排除气泡：用手堵住出水口突然放水，重复几次，直至使实验管中的气泡排除）。

5. 将各断面内径及间距尺寸记录下来。

6. 打开尾阀，检查水箱液面是否稳定。

调节尾阀大小，观察各测压管液面的变化和各测压管液面高度差的变化。

7. 固定尾阀于某一开启度，测量并记录基准面到各测压管中液面的高度。

8. 在测量各测压管静压头的同时，用秒表和量筒测定流量，测出时间间隔流过的流体总体积V 。

并重复做上述实验步骤1-2次。

9. 调节尾阀于另一开启度，重复上述步骤7和8。

图1 伯努利方程实验装置实验台由储水箱、潜水泵、恒压水箱，不同高度、突然扩大突然缩小的带调节尾门的实验管段，测压管，标尺、测压板，回水箱，实验桌等组成。

五、实验报告1.简述实验目的、实验原理。

2.根据记录及公式V s=V/t，计算出流量。

3.计算出各断面的平均流速u=V s/A及相应的动压头u2/2g。

4.根据各测压管位压头，静压头和动压头计算截面总压头。

六、思考题1.为什么稳压水箱中要保持水始终溢流？2.测压管测量的压强是绝对压强还是相对压强？3.实验时发现管道中有气泡，你将怎么办？气泡是否对实验有影响？4.流体静止时，各测压管中的水面高度是否与稳压水箱高度在同一平面上，为什么？七、其它说明1.溢流量不要太大，液面波动严重时会影响测试结果；2.轻开轻关各阀门。

实验3： 传热实验一、实验目的1. 掌握传热系数，对流换热系数和热导率的测定方法。

2. 比较保温管、裸管和水套管的热流量，并进行讨论。

二、实验原理根据传热基本方程、牛顿冷却定律以及圆筒壁的热传导方程，已知传热设备的结构尺寸，只要测得导热热量Q 以及各有关温度，即可算出综合传热系数K ，自然对流传热系数h 和热导率λ。

（1）测定汽-水套管的传热系数K2[W/(m )]mQ K A T =⋅⋅∆℃式中：A-传热面积ΔT m ——冷、热流体的平均温差（℃） Q ——传热热量（W ）Q L ω=⨯式中：ω——冷凝液的质量流量（kg/s ） L ——冷凝液的潜热（J/kg ）。

（2）测定裸管的自然对流换热系数h2[W/(m )]()w f Qh A T T =⋅-℃式中：T w 和T f 分别为壁温和空气温度（℃）。

（3）测定保温材料的热导率λ21[W/(m )]()M Q A T T δλ=⋅-℃式中：T 2，T 1——分别为保温层两侧的温度（℃）δ——保温层的厚度（m ）A M ——保温层内外壁面积的对数平均值（m 2）。

三、实验装置该装置主体设备为“三根管”：汽-水套管、裸管和保温管。

这三根管与蒸汽发生器、汽包、高位槽、实验管道、流量计、三通、放气阀、计量管、放液阀、数显温度仪表、测温热电阻等组成整个测试系统。

工艺流程如下：蒸汽发生器内产生的水蒸气送入汽包，然后在三根管并联的紫铜管内同时冷凝，冷凝液由计量管或量筒收集，以测冷凝速率。

三根紫铜管外情况不同：一根管外用珍珠岩保温；另一根是裸管；还有一根管外是来自高位槽的冷却水，为一套管式换热器。

可定性观察到三个设备冷凝速度差异，并测传热系数，对流换热系数和热导率。

各设备结构尺寸如下：1.汽水套管：内管为Φ18×2mm，紫铜管；套管为Φ33×3.25mm，钢管，管长L=0.6m；2.裸管：传热管Φ18×2mm，紫铜管，管长L=0.6m；3.保温管：内管为Φ18×2mm，紫铜管；外管为Φ60×5mm，有机玻璃管；管长L=0.6m。

四、实验步骤1.熟悉设备流程，检查各阀门的开关情况，排放汽包中冷凝水。

2.从蒸汽发生器底部上水管向炉体内加自来水至液面计4/5处。

3.全开蒸汽发生器电加热器，待炉内水开始沸腾后将炉体空间大部分空气排出。

4.试验管内的蒸汽压力可自动控制，此时将电接点压力表高低压控制指针分别调至试验压力±0.01MPa处。

5.打开套管换热器冷却水进口阀，调节冷却水流量为某一值，该值不易过大，一般为100-200L/h。

6.带过程稳定后，同时测量各设备单位时间的冷凝液量、壁温及水温。

7.重复步骤（6），直至数据重复性较好为止。

8.实验结束，切断加热电源，关闭冷却水阀。

五、实验报告1.实验目的、实验原理。

2.将原始数据列成表格。

3.根据实验结果计算K、h、λ，与经验数据比较并分析讨论。

六、思考题1.冷却水流向改变对传热系数是否有影响？2.由于室内空气扰动的影响，自然对流换热系数的实测值应比理论值高还是低？3.三根传热管的传热速率是否相同，为什么？七、其它说明1.实验中注意观察水位，蒸汽发生器在使用过程中水位不得低于水位计红线处；2.在冬季，如室温低于0℃，应设法将系统内的水放尽（凝结水系统的积水可用压缩空气吹出），防止冻坏设备。

附：水的汽化潜热：水的汽化潜热为40.8KJ/mol，相当于2260KJ/Kg。