化工原理实验思考题实验一：柏努利方程实验1．关闭出口阀，旋转测压管小孔使其处于不同方向（垂直或正对流向），观测并记录各测压管中的液柱高度H并回答以下问题：（1）各测压管旋转时，液柱高度H有无变化？这一现象说明了什么？这一高度的物理意义是什么？答：在关闭出口阀情况下，各测压管无论如何旋转液柱高度H无任何变化。这一现象可通过柏努利方程得到解释：当管内流速u=0时动压头，流体没有运动就不存在阻力，即Σhf=0，由于流体保持静止状态也就无外功加入，既We=0，此时该式反映流体静止状态见（P31）。这一液位高度的物理意义是总能量（总压头）。（2）A、B、C、D、E测压管内的液位是否同一高度？为什么？答：A、B、C、D、E测压管内的液位在同一高度（排除测量基准和人为误差）。这一现象说明各测压管总能量相等。2．当流量计阀门半开时，将测压管小孔转到垂直或正对流向，观察其的液位高度H/并回答以下问题：（1）各H/值的物理意义是什么？答：当测压管小孔转到正对流向时H/值指该测压点的冲压头H/冲；当测压管小孔转到垂直流向时H/值指该测压点的静压头H/静；两者之间的差值为动压头H/动=H/冲-H/静。（2）对同一测压点比较H与H/各值之差，并分析其原因。答：对同一测压点H＞H/值，而上游的测压点H/值均大于下游相邻测压点H/值，原因显然是各点总能量相等的前提下减去上、下游相邻测压点之间的流体阻力损失Σhf所致。（3）为什么离水槽越远H与H/差值越大？（4）答：离水槽越远流体阻力损失Σhf就越大，就直管阻力公式可以看出与管长l呈正比。3.当流量计阀门全开时，将测压管小孔转到垂直或正对流向，观察其的液位高度H//并回答以下问题：（1）与阀门半开时相比，为什么各测压管内的液柱高度H//出现了变化？答：从采集的数据可以看出，阀门全开时的静压头或冲压头与半开时相比，各对应点的压头均低于半开时的静压头或冲压头，因为直管阻力Hf与流速呈平方比（公式3-1）。（2）为什么C、D两点的静压头变化特别明显？答：由于测压管C、D两点所对应的管道内径小于两侧为φ12mm，因此在相同流量的条件下C、D两点所对应的管道内的流速大于两侧的流速，根据柏努利方程机械能守恒定律，当C、D两点的动能＞时，C、D两点的静压能＜。此外从直管阻力公式可以看出，l、d产生的阻力损失Σhf对C、D两点的静压能也有一定的影响。4.计算流量计阀门半开和全开A点以及C点所处截面流速大小。答：注：A点处的管径d=0.0145(m);C点处的管径d=0.012(m)A点半开时的流速：（m/s）A点全开时的流速：（m/s）C点半开时的流速：（m/s）C点全开时的流速：（m/s）实验二：雷诺实验1.根据雷诺实验测定的读数和观察流态现象，列举层流和湍流临界雷诺准数的计算过程，并提供数据完整的原始数据表。答：根据观察流态，层流临界状态时流量为90（l/h）体积流量：流速：雷诺准数：根据观察流态，湍流临界状态时流量为174（l/h）体积流量：流速：雷诺准数：同理，根据雷诺实验测定的读数计算其余各点的流量、流速和雷诺准数如原始数据表所述。2．根据实验观察到的流态，层流和湍流临界雷诺准数值与公认值有无差距？原因何在？答：略有差距。主要原因在于实验设备测量精度和测量稳定性不高，其次是流态显色墨水的注入量控制不当以及人为干扰产生的震动等。3．根据雷诺准数表示式，你认为在什么条件下可以只用流速来判断流动型态（如层流、湍流）？答：根据雷诺准数的四个影响因素：d、u、ρ、μ可知，在同一台实验装置（即管径d，且管子不变），水的温度不变（即水的密度和黏度不变）以及测试的人为环境不变时，可以依据前次的实验结果判断流态。实验三管道流体阻力的测定1．测得水银—水差压计的读数为Rf（mHg），证明Rf与阻力的关系为：Hf=12.6Rf·g（J/kg）答：设环境温度为20℃，水银的密度ρHg=13590（kg/m3）水的密度ρH2O=998.2（kg/m3）证明如下：2.紧靠孔板流量计前后测得的压差，是否代表流体通过流量计的永久阻力损失？为什么？答：测得的压差不代表流体通过流量计的永久阻力损失。流量计测得的压差ΔP一方面由流体流经孔板产生的永久阻力ΔP1，另一方面由流体流经孔板的流速变化也将产生一定的阻力ΔP2...
