(完整版)雷诺实验

雷诺实验雷诺实验一、实验背景1883年，雷诺通过实验发现到液流中存在着层流和湍流两种流态：流速较小时VV又0 0与流体的粘性，圆管的直径dV值。0验研究，得出了无量纲数——雷诺数Re

，以此作为层流与紊流的判别依据，使复杂问题得以简化。经反复测试，雷诺得出圆管流动的下临界雷诺数值为2320，工程上，一般取之为2000。当Re

<2320时，管中流态为层流，反之，则为湍流。雷诺简介奥斯本雷诺18428232211867年毕业于剑桥大学王1868年出任曼彻斯特欧文学院（大学）年获皇家勋章，19051883《决定水流为直线或曲Re（后称为雷诺数）作为判别两1886年在湍流中引入有关应70篇论文都有很深远的影响。曾汇编成《雷诺力学和物理学课题论文集》两卷。二、实验目的要求1、观察液体流动时的层流和紊流现象。区分两种不同流态的特征，搞清两种流态产生的19雷诺实验条件，加深对雷诺数的理解。2紊流两种流态的运动学特性与动力学特性。3、通过对颜色水在管中的不同状态的分析，加深对管流不同流态的了解。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。三、实验装置本实验的装置如图5.1所示。图5.1自循环雷诺实验装置图1.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.稳水孔板；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3～5分钟。有色水经520雷诺实验四、实验原理在本实验中，当流量由大逐渐变小时，流态由湍流变为层流，对应一个下临界雷诺数，当流量由零逐渐增大时，流态从层流变为湍流，对应一个上临界雷诺数。在上临界值与下临界值之间，则为不稳定的过渡区域。由于上雷诺临界数受外界干扰，数值不稳定，而下临界雷诺数值比较稳定，因此一般以下临界雷诺数作为判别流态的标准。该实验中，水箱的水位稳定，管径、水的密度与粘性系数不变，所以可以用改变管中流速的办法改变雷诺数。雷诺数的计算公式为RVd

kQ

k 4e 式中，Re——雷诺数，无因次量d——圆管内径V——管内平均流速——流体粘度k——计算常数Q有色液体与水互不混惨，呈直线运动状态，在紊流中，有大小不等的涡体振荡于各流层5.2图5.2流态和对应流动图谱五、实验方法与步骤测记本实验的有关常数。观察两种流态。3实验管内，使颜色水流成一直线。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。测定下临界雷诺数。21雷诺实验雷诺实验PAGEPAGE24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，用体积法或电测法测定流量；根据所测流量计算下临界雷诺数，并与公认值比较，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；注意：a、每调节阀门一次，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1～2次。六、实验成果及要求记录计算有关常数： 实验装置台号No 管径d cm 水温 t C0.01775运动粘度 v

10.0337t2

cm2/s计算常数 K s/cm3整理、记录计算表表5.1次 线形态(↑)或减(↓)次 线形态(↑)或减(↓)注实测下临界雷诺数（平均值）R实测上临界雷诺数（平均值）Recec实验颜色水水体积时间流量雷诺数阀门开度增备V(cm3)T(s)Q(cm3/s)Re序1完全散开↓弯曲断续↓稳定直线↓下临界2完全散开↓稳定直线↓下临界3稳定直线↓下临界4刚完全散开↑上临界七、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？2据？实测下临界雷诺数为多少？雷诺实验得出的圆管流动下临界雷诺数为2000，原因何在？试结合紊动机理实验的观察，分析由层流过渡到紊流的机理何在？分析层流和紊流在运动学特性和动力学特性方面各有何差异？相关阅读：流体的流动状态不同，流体的运动学和动力学特性就会不一样。雷诺实验揭示了圆管中流体的流动状态不仅于管内平均流速有关，同时也于圆管内直径、运动粘度有关。流动状态指流体的流动是层流流动还是紊流流动或者处于过渡段。一、层流运动学动力学特征区别：1、质点有规律地作分层流动，边界条件相同，流动现象（或图谱）会严格再现。2、断面流速按抛物线分布.3、