雷诺实验(二)

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1、雷诺实验(二)一.实验的冃的和要求:1.观察层流，湍流的流态及其转换过程；2.测定临界雷诺数，掌握鬪管流态判别方法；3.学习应用量纲分析法进行实验研究的方法，确定非I员I管流态判别准数。二.实验装置说明与操作方法供水流量山无极调速器调控，使恒压水箱始终保持微溢流的状态，以提高进口前水体的稳定度。本恒压水箱设有多道稳水隔板，可使稳水时间缩短到3到5分钟。有色水注入到实验管道，可根据有色水散开与否判别流态。为防止自循环水污染，有色水采用自行消色的专用色水。实验流量可由尾阀调节。三.实验原理1883年，雷诺(OsborneReyn

2、olds)采用类似于木实验的实验装置，观察到液流屮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；当流速增大吋，流体质点做杂乱无章的无序的直线运动,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VoVo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，需要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，工作量巨大。雷诺实验的贡献不仅在于发现了两种流态，还在于运用虽纲分析的原理，得出了量纲为一的判据

3、雷诺数Re,便问题得以简化。量纲分析如下：因vc=f(v9d)根据量纲分析法有：vc=“W其屮是量纲为一的数，写成量纲关系为：由量纲和谐原理，得q1=1,g2=—1。雷诺实验完成了管流的流态从湍流过度到层流是的临界值&•值的测定，以及是否为常数的验证，结果表明&•值为常数。于是，量纲为一的数—便成了适合于任何管径，任何牛顿流体的流态由湍流转变为层流的判据。由于雷诺的贡献，冷定名为雷诺数也于是冇式中，V—-流体速度；卩一流体的运动粘度；（书中用V/表示，很近似于流体速度，故用此表示）d——鬪管直径；qv——圆管内过流流量；K-

4、-计算常数，、当流量由大逐渐变小，流态由湍流变为层流，对应一个下临界雷诺数Re/,当流量由0逐渐增大，流态从层流变为湍流，对应一个上临界雷诺数ReJ。上雷诺临界数受外界干扰，数值不稳定，而下临界雷诺数Re,值比较稳定，因此一•般以下临界雷诺数作为判别流态的标准。雷诺经反复测试，得出圆管流动的下临界雷诺数Re,值为2300o工程上，一般取Re；=2000o当RevRe,时，管屮流态为层流，反Z,为湍流。对于非圆管流动，雷诺数可以表示为Re=^0式屮：R…■■过流断面的水力学半径，R=A/XA--过流断面面积；X■…湿周（过流断

5、面上液体与固体边界接触的长度）。以水力半径作为特征长度表示的雷诺数也成为广义雷诺数。一.实验内容与方法1.定型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，打开颜色水悖道的阀门，注入颜色水，可以看到圆管屮颜色水随水流流动形成一条直线，这时的流态为层流。进一步开人流量调节阀，流量增人到一定程度，可见管流中颜色水发牛掺混，直至消色。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。想一想：应在管道的哪个部位观察流态？为什么？1.测定下临界雷诺数先调节管中流态呈湍流状，再逐步关小调节阀，每调节一次流量后，稳

6、定一段时间并观察其形态，当颜色水开始形成一•条直线吋，表明由湍流刚好转为层流，此时管流即为下临界流动状态。用重量法测定流量，记录水温，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。2.测定上临界雷诺数先调节管中流态呈层流状，再逐步开大调节阀，每调节一次流屋后，稳定一段吋间并观察其形态，当颜色水开始散开掺混时，表明由层流刚好转为湍流，此时管流即为上临界流动状态。用重量法测定流量，记录水温，即可得岀上临界雷诺数。注意：接近上临界流动状态时，流量应微调，调节过程屮流蚩调节阀只

7、可开人，不可关小。3.分析设计实验任何截血形状的管流或者明渠，任何牛顿流体流动的流态转变临界流速Vo与运动粘度,水力半径R有关。要求通过量纲分析确定其广义雷诺数，设计测量明渠广义卜-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。一.数值处理及成果要求1.记录有关信息及实验常数实验设备名称：实验台号：实验者：实验口期：管径d=水温T=°运动粘度：计算常数K=2.实验数据记录及计算结果雷诺实验记录计算表实验次颜色水线形山亦口卄向、z〒洋粉阀门开备注序状水体积时间（S）流量雷!冇数声1234567实测卜•临

8、界雷诺数平均值成果要求1.测定下临界雷诺数（测量24次収平均值）。2.测定上临界雷诺数（测量2・4次取平均值）。3.确定广义雷诺数表达式及其圆管流的广义下临界雷诺数实测数值。一.分析思考题：1.为何认为上临界雷诺数无实际意义，而采用卜•临界雷诺数作为层流与湍流的判据？2.试结合湍流机理实验