Re>4000 湍流区
三、实验装置
1.示踪剂瓶；2.稳压溢流水槽；3.试验导管；4.转子流量计；5.示踪剂调节阀；
6.水流量调节阀；7.上水调节阀；8.放风阀
图1雷诺实验装置
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，并排尽贮瓶与针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：
（一）、先做演示实验，观察滞流与湍流时流速分布曲线形态。
1、在玻璃管中流体为静止状态下迅速加入墨水，让墨水将指针附近2-3厘米的水层染上颜色，然后停止加入墨水。
2、慢慢打开水流量阀，并逐渐加大流量至一定的值后，观察墨水随流体流动形成的流速分布曲线形态。
（二）、确定不同流动形态下的临界雷诺准数。
1、打开水源上水阀使高位槽保持少量的溢流，维持高位槽液面稳定，以保证实验具有稳定的压头。
2.微微开启转子流量计后的水流量阀，使玻璃管内流体流动，将流量调至最小值，打开示踪剂（红墨水）阀门，精心调节到能观察到一条平直的红色细流为止；
3.缓慢增加调节阀开度，使水流量平稳地增加，直至直线流动的红色细流开始发生波动时，记下水的温度和流量，以供计算下临界雷诺数。
4.继续缓慢增加调节阀开度，使水流量继续平稳地增加。
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值后，示踪剂（红墨水）一进入实验导管，立即被分散成烟雾状，则表明已进入湍流区域，记下水的温度和流量，以供计算上临界雷诺数。
5.以上步骤反复进行多次（至少5～6次），以便取得较为准确的数据。
实验注意事项：
1.溢流水量要稳定，随着操作流量的变化，可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。
2.适当调节注射针头的位置，使针头位于管轴线上为佳。
红墨水的流速应与流体流速相近（略低些为宜），因此，随着水流速的增大，可相应地细心调节红墨水注射用量，才能得到较好的实验效果。
3.切勿碰撞设备，操作要轻巧缓慢，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，每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟，状态确实稳定之后，再继续调节或记录数据。
五、实验数据处理
管径d= 22mm， 水温T= ℃ ，黏度μ＝Pa.s
实验序号
流量l/h
流速m/s
临界雷诺数Re
颜色水形态及流型
1
2
3
4
5
6
注：
颜色水形态指稳定直线，稳定略弯曲，直线摆动，直线抖动，断续，完全散开等。
数据处理举例：
（仅作参考）
已知一实验记录：
管径d=20mm水温t=21℃流量Vs=40l/h求Re的值，并判断它的流动形态，与实验现象对比一下是否相符。
1．水温t=21℃查相关的表得：
水的密度ρ=998.2Kg/m3，水的粘度μ=1.005×10-3Pa.S
2．求水的流速u：
（注意单位）
u=4Vs/πd2=（4×（40×10-3/3600））/（3.14×（20×10-3）2）=0.0354m/s
3．求Re的值：
Re=duρ/μ=700
4．判断：
Re<2000所以属于层流区，与实验结果相符。
思考题:
1.为什么溢流水量要保持稳定？
2.为什么实验过程中出水阀不允许回调？
3.影响流动型态的因素有哪些？
用Re判断流动型态的意义何在？
4.实验过程中哪些因素会导致稳定的流型突然发生改变，为什么？
实验五离心泵特性曲线的测定
一、实验目的
（1）了解离心泵的结构和特性，熟悉离心泵的操作方法。
（2）掌握实验测定在一定转速下离心泵特性曲线的方法。
二、基本原理
离心泵是应用最广泛的一种液体输送设备。
它的主要特性参数包括流量Ｑ、扬程H、功率N、效率h，这些参数之间存在着一定的关系。
在一定的转速下，H、N、h都随流量Ｑ变化而变化，以曲线形式表示这些参数之间的关系就是离心泵的特性曲线。
离心泵的特性曲线是选用离心泵和确定泵的适宜操作条件的主要依据。
对任意一台离心泵的特性曲线不能用解析法进行计算，只能通过实验来测定。
１．流量Ｑ的测定
用离心泵的出口阀调节流量。
由装设在管路中的涡轮流量计测定，涡轮流量计在安装时，必须保证仪表前后有足够的直管稳定段和水平度，涡轮流量计的二次显示仪表采用数字式电子仪表，其流量计算式为：
Ｑ＝f/ξ（3-1）
式中Q——通过离心泵的流量，l/s；
f——流量计的转子频率，
ξ——涡轮流量计仪表系数，本实验中ξ＝323.24；
２．扬程Ｈ的测定
离心泵的扬程又称离心泵的压头，是指泵对单位重量的流体所提供的有效能量，其单位为m，一般由实验测定。
在离心泵的吸入口（取截面1-1）和排出口（取截面2-2）之间列柏努利方程式得：
Z1+
+He=Z2＋
+
+Hf（1-2）
整理得：
He=（Z2-Z1）+
+
+Hf（1-2）（3-2）
式中
Z1，Z2——离心泵的吸入口处截面1-1和排出口处截面2-2的高度，m
p1，p2——离心泵的吸入口处截面1-1和排出口处截面2-2的压强，Pa
u1，u2——离心泵的吸入管内和排出管内流体的流速，m/s
——流体在实验温度下的密度，kg/m3
g——重力加速度，m/s2
Hf（1-2）——离心泵的入口和出口之间管路内流体的流动阻力，m
Hf（1-2）为管路内流动阻力，不包括泵本身内部的流动阻力。
当所选截面很接近时，此值很小，可忽略不计。
而压强p1、p2可通过真空表和压力表的读数求出，读数单位为Mpa。
由于p1、p2的读数均是表示两测压点处的表压，因此，式（2—2）可表示为
He=h0+H压＋H真+
（3-3）
其中h0=（Z2-Z1），m；
H压＝P2/ρg，m；
H真＝P1/ρg，m。
３．轴功率Ｎ的测定
离心泵的轴功率是指泵轴所需的功率，也就是电动机直接传递给泵轴的功率大小。
实验中不直接测定泵轴功率，而是用三相功率表测量电动机的输入功率。
N=N电·h电·h传（3-4）
式中N电——电动机的输入功率，Ｗ；
h电——电动机的效率，从电动机铭牌上查得；
h传——传动效率，联轴器连接，h传＝１。
由于η电缺乏曲线关系，本实验实际测定的是N电～Q的关系曲线。
本实验中，N电由D26－W单相功率表测定，仪表常数为15，故N电＝15×表头读数。
４．离心泵的效率
泵的效率是有效功率与轴功率之比。
h=
（3-5）
式中Ｎe——泵的有效功率，指单位时间流体从泵获得的功的大小，W
N——泵的轴功率，W。
Ｎe=QHrg（3-6）
由于本实验没有测出轴功率，实验测出的是电机的输入功率N电，所以本实验只能测出η总～Q的关系曲线。
h总=
（3-7）
式中Q——泵流量，m3/s；
H——泵扬程，m。
η总——泵和电机整套装置的总效率。
三、实验装置与流程：
1．实验流程
装置及流程如图所示，水从水池经底阀吸入水泵，增压后经出口阀调节流量大小，流经涡轮流量计流回水池。
2．主要设备尺寸及仪表规格
（1）循环水池；
（2）1
BA离心泵，进口管径为ф40，出口管径为ф25；
（3）LW－25涡轮流量计，精度：
0.5级，量程1.6～10m3/h，仪表常数j=323.24；
二次仪表：
转速数字显示仪XJP-02A，精度：
0.5级；
（4）D26—W型单相功率表，精度：
0.5级，量程：
0～150W，仪表常数：
15；
（5）压力表（0～0.4MPa），真空表（－0.1～0MPa），精度均为1.5级。
1—循环水槽；2—离心泵；3—真空表；4—压强表；5—涡轮流量计；6—引水阀；
7—上水阀；8—出口调节阀；9—排水阀
图1离心泵特性曲线测定实验装置
四、实验步骤
1．开启上水阀，水箱充水至80%。
2．检查泵轴的润滑情况，用手转动联轴器看是否转动灵活。
如转动灵活，表明离心泵可以启动。
3．关闭泵的出口调节阀，打开泵的引水阀，向泵壳内灌水，反复开启﹑关闭泵体放气阀，气体被排尽后，关闭放气阀、引水阀以及上水阀。
4．关闭功率表、流量计的二次仪表的电源开关，检查出口调节阀是否关好；以使泵在最低负荷下启动，避免启动脉冲电流过大而损坏电机和仪表。
5．检查功率表指针是否在零位，如不在，可利用表盖上调节器调整之。
6．启动离心泵，观察水泵压力表、真空表是否升起（若指针为零，应停泵检查），立即缓缓开启出口阀，然后开启各仪表开关。
对于频率显示仪，将工作选择开关置于自校，如显示数据为2768，说明正常，将工作选择开关置于工作位置，即可进行频率测量。
7．打开出口调节阀使流量达到最大，进行系统的排气操作。
8．数据测量。
将离心泵的出口阀全部开启，流量达到最大，开始记录数据。
由调节阀调节流量，从最大流量到最小流量（零）范围内合理分割流量，进行实验布点，取8～10点（包括流量为零的点），依次测取数据。
实验中每调节一个流量后稳定一段时间，然后同时记录流量值、压力表读数、真空表读数、功率表值，直到出口阀全部关闭，即流量为零时为止。
注意不要忘记读取流量为零时的各有关参数。
9．实验完毕，关闭各仪表开关，关闭泵的出口阀，再停泵并关闭电源。
五、实验数据处理
1．绘制原始数据表和数据整理表。
涡轮流量计的流量系数ξ=323.24s-1，水温T=℃，电机转速＝2900r/min,
d进=40mm，d出=25mm，h0=15cm。
序号
显示仪读数
真空表/MPa
压力表/MPa
功率表读数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
序号
流量θ（m3／h）
进口速度u1（m/s）
出口速度u2（m/s）
扬程H（m）
轴功率N（W）
有效功率Ne（W）
效率η
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