雷诺准数实验.docVIP

实验八、雷诺实验 一、实验目的 1、观察流体在管内流动的两种不同流型。 2、测定临界雷诺数Re c 。 二、实验原理 流体流动有两种不同型态，即层流（或称滞流，Laminar flow）和湍流（或称紊流，Turbulent flow），这一现象最早是由雷诺（Reynolds）于1883年首先发现的。流体作层流流动时，其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，其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。 流体流动型态可用雷诺准数（Re）来判断，这是一个由各影响变量组合而成的无因次数群，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。 层流转变为湍流时的雷诺数称为临界雷诺数，用Rec表示。工程上一般认为，流体在直圆管内流动时，当Re≤2000时为层流；当Re4000时，圆管内已形成湍流；当Re在2000至4000范围内，流动处于一种过渡状态，可能是层流，也可能是湍流，或者是二者交替出现，这要视外界干扰而定，一般称这一Re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 （一） 实验装置的特点: 能定性并且直观地观察到层流、过渡流、湍流等各种流型。清晰地观察到流体在圆管内流动过程的速度分布。同时可以进行孔板流量计标定实验。 （二）装置的主要技术数据及计算方法： 实验管道有效长度: L＝600 mm 外径: Do＝30 mm 内径: Di＝23.5mm 孔板流量计孔板内径: do＝9.0 mm 四. 实验装置流程和实验方法 实验装置流程如图一所示。 1. 实验前的准备工作 (1) 必要时调整红水细管4的位置,使它处于实验管道6的中心线上。 (2) 向红水储瓶 2 中加入适量的用水稀释过的红墨水。 (3) 关闭流量调节阀7,打开进水阀3,使自来水充满水槽,并使其有一定的溢流量。 (4) 轻轻打开阀门7,让流体水缓慢流过实验管道。使红水全部充满细管道中。 2. 雷诺实验的过程 (1) 同上面的四.1.(3)。 (2) 同上面的四.1.(4)。 (3) 调节进水阀,维持尽可能小的溢流量。 (4) 缓慢地适当打开红水流量调节夹 ,即可看到当前水流量下实验管内水的流动状况（层流流动如下图二示）。用孔板流量计可测得流体的流量并计算出雷诺准数。 图二、层流流动示意图 (5) 因进水和溢流造成的震动,有时会使实验管道中的红水流束偏离管的中心线,或发生不同程度的左右摆动. 为此, 可突然暂时关闭进水阀3, 过一会儿之后即可看到实验管道中出现的与管中心线重合的红色直线。 (6) 增大进水阀3 的开度，在维持尽可能小的溢流量的情况下提高水的流量。并同时根据实际情况适当调整红水流量,即可观测其他各种流量下实验管内的流动状况。为部分消除进水和溢流造成的震动的影响,在滞流和过渡流状况的每一种流量下均可采用四. 2.(5)中讲的方法,突然暂时关闭进口阀 3 ,然后观察管内水的流动状况（过渡流、湍流流动如图三示）。用秒表、量筒可测得流体的流量并计算出雷诺准数。 3．流体在圆管内作流体速度分布演示实验 首先将进口阀 3打开，关闭出口阀门7。 将红水流量调节夹打开，使红水滴落在不流动的实验管路 图三、过渡流、湍流流动示意图 突然打开出口阀门7，在实验管路中可以清晰地看到红水流动所形成的如图四所示速度分布。 图四、流速分布示意图 4. 实验结束时的操作 关闭红水流量调节夹,使红水停止流动。 关闭进水阀 3,使自来水停止流入水槽。 待实验管道的红色消失时,关闭阀门 7。 若日后较长时间不用,请将装置内各处的存水放净。 五. 实验注意事项： 做滞流时,为了使滞流状况能较快地形成,而且能够保持稳定,第一, 水槽的溢流应尽可能的小.因为溢流大时,上水的流量也大,上水和溢流两者造成的震动都比较大，影响实验结果。第二,应尽量不要人为地使实验架产生任何的震动.为减小震动,若条件允许,可对实验架的底面进行固定。 雷诺实验数据表 流体温度20(℃) 序号 量筒体积 时间 流量 流速(m/s) 雷诺准数Re 观 察 现 象 流 型 （毫升） (秒) （m3/s） 1 70 8 8.75E-06 0.021 484.6 管中一条红线 层 流 2 83 2.72 3.05E-05 0.073 1690.1 管