水力学 雷诺系数 演示实验.pdf

清华大学水利水电工程系水力学实验室 水 力 学 流体力学 课程教学实验指示书 流态演示与临界雷诺数量测实验 原理简介 实际流体的流动会呈现出两种不同的型态： 层流和紊流，它们的区别在于：流动过程中 流体层之间是否发生混掺现象。在紊流流动 中存在随机变化的脉动量，而在层流流动中 则没有。 圆管中恒定流动的流态转化取决于雷诺数 R vd ，d 是圆管直径，v 是断面平均流速， e ν ν 是流体的运动粘性系数。 实际流体的流动之所以会呈现出两种不同的型态是扰动因素与粘性稳定作用之间对比 和抗衡的结果。针对圆管中定常流动的情况，容易理解：减小 d ，减小v ，加大ν 三种途 径都是有利于流动稳定的。综合起来看，小雷诺数流动趋于稳定，而大雷诺数流动稳定 性差，容易发生紊流现象。 圆管中定常流动的流态发生转化时对应的雷诺数称为临界雷诺数，又分为上临界雷诺数 和下临界雷诺数。上临界雷诺数表示超过此雷诺数的流动必为紊流，它很不确定，跨越 一个较大的取值范围。有实际意义的是下临界雷诺数，表示低于此雷诺数的流动必为层 流，有确定的取值，圆管定常流动的下临界雷诺数取为ReC =2300.(下临界雷诺数也有取 为2000的) 由于两种流态的流场结构和动力特性存 在很大的区别，对它们加以判别并分别讨 论是十分必要的。圆管中恒定流动的流态 为层流时，沿程水头损失与平均流速成正 比，而紊流时则与平均流速的 1.75～2.0 次方成正比。 雷诺-1 对相同流量下圆管层流和紊流流动的断 面流速分布作一比较，可以看出层流流速 分布呈旋转抛物面，而紊流流速分布则比 较均匀，壁面流速梯度和切应力都比层流 时大。 实验设备 实验装置如图所示。在自循环恒定圆管流上 1，2 两个测孔接上比压计，可量测水头损 失。设有颜色水注入装置，以便显示流态和圆管断面流速分布。管中流速可用尾阀来调节， 设置专用水箱进行流量的量测。 实验目的和要求 1. 观察圆管恒定流动层流和紊流两种流态及其转换现象。观察层流和紊流两种流态下的断 面流速分布情况。 2. 测定圆管恒定流动在层流和紊流两种流态下的沿程水头损失h 与平均流速v 的关系，测定 f 临界雷诺数。 实验步骤 1. 预习实验指示书，认真阅读实验目的要求、实验原理和注意事项。 2. 查阅用测压管量测压强和用体积法量测流量的原理和步骤。 3. 接通电源使水泵正常工作，水箱充水并保持溢流状态，使水位恒定。 4. 打开尾阀至最大，排出实验管道中气泡。关闭尾阀，排出压差计中气泡。 5. 用尾阀调节流量，通过注入的颜色水，观察管中分别为层流和紊流时的流动形态和断面 流速分布。 雷诺-2 6. 打开尾阀至最大，用体积法量测管道出流流量，同时记录压差计的读数Δh . 逐渐减小尾 阀开度，记录不同流量情况下的数据。 7. 整理所测数据，绘制lgh ~ lgv 的关系曲线，确定上、下临界雷诺数。 f 8. 在实验开始和结束时分别量测水温，加以平均作为实验水温。 实验数据记录 仪器编号： 2 有关常数：管径d = cm ，量水箱断面积 A = cm ， 0 2 水温：T= C ，运动粘滞系数： =