实验一雷诺演示实验指导书(含演示操作).doc

流体流型演示实验 一、实验目的 1、观察流体在管内流动的不同流型。 2、测定下临界雷诺数Rec。 二、基本原理 流体流动有三种不同型态，即层流（或称滞流，Laminar flow）、过渡流（Transitional flow）和湍流（或称紊流，Turbulent flow）。这一现象最早是由雷诺（Reynolds）于1883年发现的。流体作层流流动时，流体质点作平行于管轴的直线运动，且在径向无脉动；流体作湍流流动时，流体质点除沿管轴方向作向前运动外，还在径向作脉动，从而在宏观上显示出紊乱地向各个方向作不规则的运动；过渡流是介于上述两者之间的一种不稳定流动型态。 流体流动型态可用雷诺准数（Re）来定量判断。雷诺准数是一个由各影响变量组合而成的无因次数群（因次分析法获得），故其值不会因采用不同的单位制而不同。但应当注意，数群中各物理量必须采用同一单位制。若流体在圆管内流动，则雷诺准数可用下式表示： （1） 式中：Re —雷诺准数，无因次； d —管子内径，m； u —流体在管内的平均流速，m／s； —流体密度，kg／m3； μ—流体粘度，Pa·s。 流体流动形态转变时的雷诺数称为临界雷诺数。工程上一般认为，流体在直圆管内流动时，当Re≤2000（下临界雷诺数，用Rec表示）时为层流；当Re 4000（上临界雷诺数）时为湍流；当Re在2000至4000范围内，流动处于过渡流状态，可能是层流，也可能是湍流，或者是二者交替出现，要视外界情况而定，一般称这一雷诺数范围为过渡区。 式（1）表明，对于一定温度的流体，在特定的圆管内流动，雷诺准数仅与流体流速有关。本实验即是通过改变流体在管内的速度，观察在不同雷诺准数下流体的流动型态。 三、实验装置及流程 实验装置如图1所示。主要由玻璃实验导管、流量计、流量调节阀、低位水槽、循环水泵、稳压溢流水槽等部分组成，演示主管路为mm硬质玻璃。 图1 流体流型演示实验 1－红墨水储槽； 2－溢流稳压槽； 3－实验导管； 4－转子流量计； 5－循环泵； 6－上水管； 7－溢流回水管； 8－调节阀； 9－储水槽 实验前，先将水充满低位水槽，然后启动循环水泵，待水充满稳压溢流水槽后，开启流量调节阀。水由稳压溢流水槽流经缓冲槽、实验导管和流量计，最后流回低位贮水槽。水流量的大小，可由流量调节阀调节。 示踪剂采用红墨水，它由红墨水贮瓶经连接管和细孔喷嘴，注入实验导管。细孔玻璃注射管（或注射针头）位于实验导管入口的轴线部位。 注意：实验用的水应清洁，红墨水的密度应与水相当，装置要放置平稳，避免震动。 四、演示操作 （1）层流流动型态 实验时，先少许开启调节阀，将流速调至所需要的值。再调节红墨水贮瓶的下口旋塞，并作精细调节，使红墨水的注人流速与实验导管中主体流体的流速相适应，一般略低于主体流体的流速为宜。待流动稳定后，记录主体流体的流量。此时，在实验导管的轴线上，就可观察到一条平直的红色细流，好像一根拉直的红线一样。 （2）湍流流动型态 缓慢地加大调节阀的开度，使水流量平稳地增大，玻璃导管内的流速也随之平稳地增大。此时可观察到，玻璃导管轴线上呈直线流动的红色细流，开始发生波动。随着流速的增大，红色细流的波动程度也随之增大，最后断裂成一段段的红色细流。当流速继续增大时，红墨水进入试验导管后立即呈烟雾状分散在整个导管内，进而迅速与主体水流混为—体，使整个管内流体染为红色，以致无法辨别红墨水的流线。 实验总结参考问题： 流体的流型有哪几种？你在本实验中观察到的现象是什么？ 流型的判断依据是什么？ 如何测定雷诺数？ 雷诺演示装置（LN100Y）——实验指导书 第 3 页 共 3页