6-3--雷诺实验jidx.doc

演示实验
雷诺实验
1、实验目的与要求
(1)了解流体的流动形态:观察实际的流线形状,判断其流动形态的类型;
(2)熟悉雷诺准数的测定和计算方法;
(3)确立“层流与湍流与Re之间有一定关系”的概念。
2、基本原理
流体在流动过程中有3种不同的流动形态,即层流、湍流和介于两者之间的过渡流。当流体处于层流状态时,流体质点做直线运动,流体分层流动与周围的流体没有宏观的混合;当流体处于湍流状态时,流体的质点呈紊乱地向各方向作随机地脉动,流体总体上仍然沿着管道流动。
1883年,雷诺(Reynolds)在用实验的方法研究流体流动时,发现影响流体流动类型的因素除了流速u以外,还有管径d、流体的密度以及粘度,由这四个物理量组成的无因次数群
(6-3)
称之为雷诺数。式中,为流速,;为流体的粘度,;为流体的密度,;为流体的运动粘度,;为管径,。
大量的实验证明,流体在直管内流动时:
当Re≤2000时,流体的流动类型为层流。
当Re≥4000时,流体的流动类型为湍流。
当2000<Re<4000,流体的流动类型可能是层流,也可能为湍流,将这一范围称之为不稳定的过渡区。
从雷诺数的定义式来看,对于同一管路d为定值时,u仅为流量的函数。对于流体水来讲,及仅为温度的函数。因此确定了温度及流量即可计算出雷诺数Re。
理论分析和实验证明,流体处于层流状态时,流体的速度沿着管径按照抛物线的规律分布,中心区域的速度最大,越接近管壁流速越慢。当流体处于湍流时,流体的质点发生剧烈地分离与混合,所以流体的速度曲线不再是严格的抛物线,湍流程度越剧烈,速度分布曲线顶部的区域越广阔而且平坦,但即使处于湍流时,靠近管壁区域的流体仍然作层流流动,这一层称为层流内层或者层流底层,它虽然很薄,但是在流体中进行热量和质量的传递时,产生的阻力比流体的湍流主体部分大很多。
图6-3 雷诺示范实验装置
1-红墨水瓶 -阀门 3-玻璃水槽 4-带喇叭口玻璃管(Φ20)
5-进水管 7-进水稳定槽 9-转子流量计 10-溢流槽 11-排水管
3、实验装置及流程
实验装置如图所示,实验时水从玻璃水槽3流进玻璃管4(内径20mm),槽内水由自来水供应,供水量由阀6控制,槽壁外有进水稳定槽7及溢流槽10,过量的水进溢流槽10排入下水道。
实验时打开阀门8,水即由玻璃槽进入玻璃管,经转子流量计9后,流进排水管排出,用阀8调节水量,流量由转子流量计9测得。
高位墨水瓶贮藏墨水之用,墨水由经墨水调节阀2流入玻璃管4。
4、实验步骤
(1)观察流体流动类型
1)打开进水阀6使得自来水充满玻璃水槽3,等到溢流槽内有溢流后,保持溢流槽内有一定的溢水量,以确保实验时具有稳定的压头。
2)少许开启流量调节阀8,将流量调至最小值,以便观察稳定的层流流型,再缓慢打开红墨水调节阀2,使得红墨水的注入流速与玻璃导管内的主体流速比较接近,一般略小于主体流体的流速为宜,精心调节到能观察到一条平直的红色细流为止。
3)缓慢地调节流量调节阀8,使得水在通过玻璃导管时的流速平稳地增大,直至玻璃管中的直线流动的红色细流开始发生波动时,水的流动进入层流状态,记录水的流量和实验现象。
4)继续缓慢增大流量调节阀8的开度,使得水的流量平稳地增加,这时。玻璃导管内地水的流型逐