雷诺实验实验报告范例.doc

雷诺实验
一. 实验的目的和要求:
观察层流,湍流的流态及其转换过程;
测定临界雷诺数,掌握圆管流态判别方法;
学****应用量纲分析法进行实验研究的方法,确定非圆管流态判别准数。
二. 实验装置说明与操作方法
供水流量由无极调速器调控,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(Osborne Reynolds)采用类似于本实验的实验装置,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v。v。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,还在于运用量纲分析的原理,得出了量纲为一的判据-----雷诺数Re,使问题得以简化。量纲分析如下:
因
根据量纲分析法有:
其中是量纲为一的数,写成量纲关系为:
由量纲和谐原理,得。
即
或
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, 定名为雷诺数Re。于是有
式中, ----- 流体速度;
---- 流体的运动粘度;(书中用表示,很近似于流体速度,故用此表示)
---- 圆管直径;
----- 圆管内过流流量;
--- 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,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。上雷诺临界数受外界干扰,数值不稳定,而下临界雷诺数值比较稳定,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值为2300。工程上,一般取=2000。当<时,管中流态为层流,反之,为湍流。
对于非圆管流动,雷诺数可以表示为
式中: R-----过流断面的水力学半径,R=A/X
A---- 过流断面面积;
X---- 湿周(过流断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。
四. 实验内容与方法
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,打开颜色水管道的阀门,注入颜色水,可以看到圆管中颜色水随水流流动形成一条直线,这时的流态为层流。进一步开大流量调节阀,流量增大到一定程度,可见管流中颜色水发生掺混,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?
2. 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,稳定一段时间并观察其形态,当颜色水开始形成一条直线时,表明由湍流刚好转为层流,