雷诺实验和伯努利实验报告.docx

实验七 雷诺实验
一、实验目的
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条件。 分析圆管流态转化的规律，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及沿程水头损失。 绘制沿程水头损失和断面平均流
速的关系曲线，验证不同流态下沿程水头损失的规律是不同的。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****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。
二、实验原理
1、液体在运动时，存在着两种根本不同的流动状态。当液体流速较小时，惯性力较小，粘滞力 对质点起控制作用，使各流层的液体质点互不混杂，液流呈层流运动。当液体流速逐渐增大，质点 惯性力也逐渐增大，粘滞力对质点的控制逐渐减弱，当流速达到一定程度时，各流层的液体形成涡 体并能脱离原流层，液流质点即互相混杂，液流呈紊流运动。这种从层流到紊流的运动状态，反应 了液流内部结构从量变到质变的一个变化过程。
液体运动的层流和紊流两种型态，首先由英国物理学家雷诺进行了定性与定量的证实，并根据 研究结果，提出液流型态可用下列无量纲数来判断：
Re=Vd/v
Re称为雷诺数。液流型态开始变化时的雷诺数叫做临界雷诺数。
在雷诺实验装置中，通过有色液体的质点运动，可以将两种流态的根本区别清晰地反映出来。 在层流中，有色液体与水互不混惨，呈直线运动状态，在紊流中，有大小不等的涡体振荡于各流层 之间，有色液体与水混掺。
2、在如图所示的实验设备图中，圮
Z1
因为管径不变V1=V2 hf
所以，压差计两测压管水面高差△
1-1, 1-2两断面，由恒定总流的能量方程知:
P1
（乙
aM2 P2
-— Z2 —
2g
/ hf
2g
也）（Z2 匹）Ah
h即为1-1和1-2两断面间的沿程水头损失， 用重量法或体积
浊测出流量，并由实测的流量值求得断面平均流速 V Q ,作为lghf和lgv关系曲线，如下图所示,
A
曲线上EC段和BD段均可用直线关系式表示，由斜截式方程得：
lghf=lgk+mlgv lghf=lgkvm hf=kvm m 为直线的斜率
式中：m tg
lghf2 lghf1 lgV2 lgV1
EC=1 , 0 =45° ,说明沿程水头损失
与流速的一次方成正比例关系，为层流区。 BD段为紊流
区，沿程水头损失与流速的 ~2次方成比例，即
m=~,其中AB段即为层流向紊流转变的过渡区， BC段为紊流向层流转变的过渡区，C点为紊流向层流转变 的临界点，C点所对应流速为下临界流速， C点所对应的
雷诺数为下监界雷诺数。A点为层流向紊流转变的临界点,
A点所对应流速为上临界流速， A点所对应的雷诺数为上临界雷诺数。
三、实验设备
下图是流态实验装置图。它由能保持恒定水位的水箱，试验管道及能注入有色液体的部分等组 成。实验时，只要微微开启出水阀，并打开有色液体盒连接管上的小阀，色液即可流入圆管中，显 示出层流或紊流状态。
图7-1 自循环液体两种流态演示实验装置图
1、自循环供水器；2、实验台；3、可控硅无级调速器；4、恒压水箱；
5、有色水水管；6、稳水孔板；7、溢流板；8、实验管道；9、实验流量调节阀
供水流量由无级调速器调控， 使恒压水箱4始终保持微溢流的程度， 以提高进口前水体稳定度。 本恒压水箱还设有多道稳水隔板， 可使稳水时间缩短到 3〜5分钟。有色水经水管5注入实3^管道8,
可据有色水散开与否判别流态。为防止自循环水污染，有色指示水采用自行消色的专用有色水。
四、实验步骤
1、开启电流开关向水箱充水，使水箱保持溢流。
2、微微开启泄水阀及有色液体盒出水阀， 使有色液体流入管中。 调节泄水阀，使管中的有色液
体呈一条直线，此时水流即为层流。此时用体积法测定管中过流量。
3、慢慢加大泄水阀开度，观察有色液体的变化，在某一开度时，有色液体由直线变成波状形。
再用体积法测定管中过流量。
4、继续逐渐开大泄水阀开度， 使有色液体由波状形变成微小涡体扩散到整个管内， 此时管中即
为紊流。并用体积法测定管中过流量。
5、以相反程序，即泄水阀开度从大逐渐关小， 再观察管中流态的变化现象。并用体积法测定管
中过流量。
五、绘图分析
在双对数纸上以