1、雷诺实验一、实验目的要求1观察层流、紊流的流态及其转捩特征;2测定临界雷诺数,掌握圆管流态判别准则;3学习古典流体力学中应用无量纲参数进行实验研究的方法,并了解其实用意义。二、实验装置 实验装置如下图所示: 自循环雷诺实验装置图11 自循环供水器 2 实验台 3 可控硅无级调速器 4 恒压水箱 5 有色水水管 6 稳水隔板7 溢流板 8 实验管道 9 实验流量调节阀供水流量由无级调速器调控使恒压水箱 4 始终保持微溢流的程度,以提高进口前水体稳定度。本恒压水箱还设有多道稳水隔板,可使稳水时间缩短到35 分钟。有色水经有色水水管 5 注入实验管道 8,可据有色水散开与否判别流态。为防止自循环水污
2、染,有色指示水采用自行消色的专用色水。三、实验原理流体在管道中流动存在两种流动状态,即层流与湍流。从层流过渡到湍流状态称为流动的转捩,管中流态取决于雷诺数的大小,原因在于雷诺数具有十分明确的物理意义即惯性力与粘性力之比。当雷诺数较小时,管中为层流,当雷诺数较大时,管中为湍流。转捩所对应的雷诺数称为临界雷诺数。由于实验过程中水箱中的水位稳定,管径、水的密度与粘性系数不变,因此可用改变管中流速的办法改变雷诺数。雷诺数 ; K=QdvRe4d4四、实验方法与步骤1测记实验的有关常数。2观察两种流态。打开开关 3 使水箱充水至溢流水位。经稳定后,微微开启调节阀 9,并注入颜色水于实验管内使颜色水流成一
3、直线。通过颜色水质点的运动观察管内水流的层流流态。然后逐步开大调节阀,通过颜色水直线的变化观察层流转变到紊流的水力特征。待管中出现完全紊流后,再逐步关小调节阀,观察由紊流转变为层流的水力特征。3测定下临界雷诺数。 将调节阀打开,使管中呈完全紊流。再逐步关小调节阀使流量减小。2当流量调节到使颜色水在全管刚呈现出一稳定直线时,即为下临界状态; 待管中出现临界状态时,用重量法测定流量; 根据所测流量计算下临界雷诺数,并与公认值(2320)比较。偏离过大,需重测; 重新打开调节阀,使其形成完全紊流,按照上述步骤重复测量不少于三次; 同时用水箱中的温度计测记水温,从而求得水的运动粘度。注意:a、每调节阀
4、门一次,均需等待稳定几分钟;b、关小阀门过程中,只许渐小,不许开大;c、随出水流量减小,应适当调小开关(右旋 ),以减小溢流量引发的扰动。3*4测定上临界雷诺数。逐渐开启调节阀,使管中水流由层流过渡到紊流,当色水线刚开始散开时,即为上临界状态,测定上临界雷诺数 l 一 2 次。5收拾实验台,整理数据。五、实验报告要求1 简要写出实验原理和实验步骤,画出实验装置。2 记录、计算有关常数。实验装置台号 No: 4 管径(cm ) d = 1.37cm 雷诺实验数据及处理温度T/ 次数 流出水的体积 V/mL 时间t/s 流量/m 3.s-1 平均流量Vs/m3.s-1粘度/Pa.s密度/kg.m
5、-3流速 u/m.s-1 临界雷诺数 Re实验现象及流型1 150.0 20 0.00000752 157.5 20 0.0000078753 200.0 25 0.0000084 192.0 25 0.00000768层流5 190.0 25 0.00000760.000007731 0.024608538 500.6952红色细流呈直线状1 760.0 20 0.0000382 750.0 20 0.00003753 760.0 20 0.0000384 785.0 25 0.0000314过渡态5 790.0 25 0.00003160.0000353 0.112363392 2286.
6、191直线状红色细流开始波动,层流开始转变湍流2110.00006670.000981 997.9910.212312698 4319.799红色细流呈烟雾状,流型开始转变为湍流4水温 ( ( t = 16 C运动粘度 ( cm2s) = 0.01123 201.37.15tt计算常数(scm 3) K = 83.554 3 整理、记录计算表并实测临界雷诺数。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。六、实验分析与讨论1流态判据为何采用无量纲参数,而不采用临界流速?因为流态不仅与流速有关还和特征尺寸、密度粘性系数有关2为何认为上临界雷诺数无实际意义,而采用下临界雷诺数作为层流与湍流的判据?实测下临界雷诺数为多少?上临界雷诺数不稳定,变化范围大 1200040000,下临界雷诺数比较稳定,约为 2320。工程中一般采用 2320 做为层流、紊流的分界 3雷诺实验得出的圆管流动下临界雷诺数为 2320,而目前有些教科书中介绍采用的下临界雷诺数是 2000,原因何在?因为下临界雷诺数受截面影响,不同的截面下临界雷诺数不同圆管最大,其他的较小所以统一采用 2000