1342405017张晨曦雷诺实验报告-苏州大学.pdf

苏 州 大 学 实 验 报 告 院、系 城市轨道交通 年级专业 13 环调 姓名 张晨曦 学号 1342405017 课程名称 流体力学 成绩 指导教师 曹世杰 同组实验者 王佳伟 实验日期 2014.11.19 实 验 名 称 雷诺实验报告 一、实验目的和要求 1、观察层流、湍流的流态的及其转换过程； 2、测定临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则； 3、学习应用量纲分析法进行实验研究的方法，确定非圆管流的流态判别准数。 二、实验内容与方法 1、定性观察两种流态 启动水泵供水，使水箱溢流，经稳定后，微开流量调节阀，打开颜色水管道的阀门，注 入颜色水，可以进一步看到圆管中颜色水流动形成一直线状，这时的流态即为层流。进 一步开大流量调节阀，流量增大到一定程度时，可见管中颜色水发生混渗，直至消失。 表明流体质点已经发生无序的杂乱运动，这时的流态即为湍流。 2、测定下临界雷诺数 先调节管中流态呈湍流状态，再逐步关小调节阀，每调节一次流量后，稳定一段时间并 观察其形态，当颜色水开始形成一直线时，表明由湍流刚好转为层流，此时管即为下临 界流动状态。测定流量，记录数显温度计所显示的水温值，即可得出下临界雷诺数。注 意，接近下临界流动状态时，流量应微调，调节过程中流量调节阀只可关小，不可开大。 3、测定上临界雷诺数 先调节管中流态呈层流状态，再逐步开大调节阀，每调节一次流量后，稳定一段时间并 观察其形态，当颜色水开始散混掺时，表明由层流刚好转为湍流，此时管流即为上临界 流动状态。记录智能化数显流量仪的流量值和水温，即可得出上临界雷诺数。注意，流 量应微调，调节过程中流量调节阀只可开大、不可开小。 4、分析设计实验 任何截面形状的管流或明渠流、任何牛顿流体流动的流态转变临界流速Vc 与运动粘度v、 水力半径R 有关。要求通过量纲分析确定其广义雷诺数。设计测量明渠广义下临界雷诺 数的实验方案，并根据上述圆管实验的结果得出广义下临界雷诺数值。 三、实验装置 雷诺实验仪 四、实验原理 1883 年，雷诺采用图一实验装置，观察到液流中存在着层流和湍流两种流态：流 速较小时，水流有条不紊地呈层状有序的直线运动，流层间没有质点混掺，这种流态成 为层流；当流速增大时，流体质点作杂乱无章的无序的直线运动，流层间质点混掺，这 种流态成为湍流。雷诺实验还发现存在着湍流转变为层流的临界流速Vc , Vc 与流体的 粘性ν、圆管的直径d 有关。若要判别流态，就要确定各种情况下的Vc 值。雷诺实验的 贡献不仅在于发现了两种流态，还在于运用量纲分析的原理，得出了量纲为一的判据—— 雷诺数Re，使得问题得以简化。量纲分析如下： 因为 Vc=f （ν，d） 根据量纲分析法有 Vc=kc 其中kc 是量纲为一的数。 写成量纲关系为 由量纲和谐原理，得α1=1，α2=-1. 即 Vc =kc/d 或kcVc d/ ν 雷诺实验完成了管流的流态从湍流过度到层流时的临界值kc 值的测定，以及是否 为常数的验证，结果表明 kc 值为常数。于是，量纲为一的数V d/ ν便成了适合任何管 径，任何牛顿流体的流态从湍流转变为层流的判据。由于雷诺的贡献，V d/ ν定名为雷 诺数Re。有 Re=V d/ ν=4qv/(Лνd)=K qv 式子中：V 为流体流速；ν为流体运动粘度；d 为圆管直径；qv 为圆管内过流流量； K 为计算常数，K=4/(Лνd)。 当流量由大逐渐变小，流态从湍流变为层流，对应一个下临界雷诺数Rec，当流量 由零逐渐增大，流态从层流变为湍流，对应一个上临界雷诺数 Rec’。上临界雷诺数受 外界干扰，数值不稳定，而下临界雷诺数较稳定，因此一般以下临界雷诺数作为判别流 态的标准。雷诺经过反复测试，得出圆管流动的下临界雷诺数值为 2300,。工程上，一 般取Rec=2000.当ReRec 时，管中为层流，反之为湍流。 对于非圆管流动，Re= V *R/ ν 式中R=A/X;R 为过流断面的水力半径；A 为过流断面面积；X 为湿周（过流断面上 液体与固体边界接触的长度）。 五、数据处理及成果要求 1、记录有关信息及试验常数 实验