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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，水流有条不紊的呈现层状有序的直线运动，流层间没有质点掺混，这种流态称

为层流；当流速增大时，流体质点做杂乱无章的无序的运动，流层间质点掺混，这

种流态称为湍流。雷诺实验还发现存在着湍流转变为层流的临界流速V，而V又

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与流体的粘性，圆管的直径d有关。若要判别流态，就要确定各种情况下的V值。

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雷诺运用量纲分析的原理，对这些相关因素的不同量值作出排列组合再分别进行实

验研究，得出了无量纲数——雷诺数R，以此作为层流与紊流的判别依据，使复

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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R2320时，管中流态为层流，反之，则为湍流。

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雷诺简介

奥斯本雷诺(OsborneReynolds)，英国力学家、物理学家

和工程师。1842年8月23日生于北爱尔兰的贝尔法斯特，1912

年2月21日卒于萨默塞特的沃切特。1867年毕业于剑桥大学王

后学院。1868年出任曼彻斯特欧文学院(以后改名为维多利亚

大学)的首席工程学教授，1877年当选为皇家学会会员，1888

年获皇家勋章，1905年因健康原因退休。他是一位杰出的实验

科学家，由于欧文学院最初没有实验室，因此他的许多早期试验

都是在家里进行的。他于1883年发表了一篇经典性论文──《决定水流为直线或曲

线运动的条件以及在平行水槽中的阻力定律的探讨》。这篇文章以实验结果说明水

流分为层流与紊流两种形态，并提出以无量纲数Re(后称为雷诺数)作为判别两

种流态的标准。他还于1886年提出轴承的润滑理论，1895年在湍流中引入有关应

力的概念。雷诺兴趣广泛，一生著述很多，其中近70篇论文都有很深远的影响。

这些论文研究的内容包括力学、热力学、电学、航空学、蒸汽机特性等。他的成果

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

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条件，加深对雷诺数的理解。

2、测定颜色水在管中的不同状态下的雷诺数，学习园管流态判别准则，进一步掌握层流、

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；实验台；2.可控硅无级调速器；3.恒压水箱；4.有色水水管；5.稳水孔板；6.

7.溢流板；实验管道；8.实验流量调节阀。9.

供水流量由无级调速器调控使恒压水箱