雷诺实验
一、实验目的要求
1．观察层流、紊流的流态及其转捩特征；
2．测定临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则；
3．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。
二、实验装置
实验装置如下图所示：
自循环雷诺实验装置图
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 稳水隔板
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。有色水经有色水水管5注入实验管道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色水。
三、实验原理
流体在管道中流动存在两种流动状态，即层流与湍流。从层流过渡到湍流状态称为流动的转捩，管中流态取决于雷诺数的大小，原因在于雷诺数具有十分明确的物理意义即惯性力与粘性力之比。当雷诺数较小时，管中为层流，当雷诺数较大时，管中为湍流。转捩所对应的雷诺数称为临界雷诺数。由于实验过程中水箱中的水位稳定，管径、水的密度与粘性系数不变，因此可用改变管中流速的办法改变雷诺数。
雷诺数
； K=
四、实验方法与步骤
1．测记实验的有关常数。
2．观察两种流态。
打开开关3使水箱充水至溢流水位。经稳定后，微微开启调节阀9，并注入颜色水于实验管内使颜色水流成一直线。通过颜色水质点的运动观察管内水流的层流流态。然后逐步开大调节阀，通过颜色水直线的变化观察层流转变到紊流的水力特征。待管中出现完全紊流后，再逐步关小调节阀，观察由紊流转变为层流的水力特征。
3．测定下临界雷诺数。
将调节阀打开，使管中呈完全紊流。再逐步关小调节阀使流量减小。当流量调节到使颜色水在全管刚呈现出一稳定直线时，即为下临界状态；
待管中出现临界状态时，用重量法测定流量；
根据所测流量计算下临界雷诺数，并与公认值(2320)比较。偏离过大，需重测；
重新打开调节阀，使其形成完全紊流，按照上述步骤重复测量不少于三次；
同时用水箱中的温度计测记水温，从而求得水的运动粘度。
注意：
a、每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟；
b、关小阀门过程中，只许渐小，不许开大；
c、随出水流量减小，应适当调小开关(右旋)，以减小溢流量引发的扰动。
雷诺实验数据及处理
温度T/℃
次数
流出水的体积V/mL
时间t/s
流量/m3.s-1
平均流量Vs/m3.s-1
粘度μ/Pa.s
密度ρ/kg.m-3
流速u/m.s-1
临界雷诺数Re
实验现象及流型
层流
21
1
150.0
20
0.0000075
0.000007731
0.000981
997.991
0.024608538
500.6952
红色细流呈直线状
2
157.5
20
0.000007875
3
200.0
25
0.000008
4
192.0
25
0.00000768
5
190.0
25
0.0000076
过渡态
1
760.0
20
0.000038
0.0000353
0.112363392
2286.191
直线状红色细流开始波动，层流开始转变
2
750.0
20
0.0000375
3
760.0
20
0.000038
4
785.0
25
0.0000314
5
790.0
25
0.0000316
湍流
1
0.0000667
0.212312698
4319.799
红色细流呈烟雾状，流型开始转变为湍流
*4．测定上临界雷诺数。
逐渐开启调节阀，使管中水流由层流过渡到紊流，当色水线刚开始散开时，即为上临界状态，测定上临界雷诺数l一2次。
5．收拾实验台，整理数据。
五、实验
报告
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要求
1． 简要写出实验原理和实验步骤，画出实验装置。
2． 记录、计算有关常数。
实验装置台号No： 4
管径（cm ）d = 1.37cm
水温 （
）t = 16
运动粘度 （ cm2／s） ν =
0.01123
计算常数（s／cm3） K = 83.554
3． 整理、记录计算表并实测临界雷诺数。
注：颜色水形态指稳定直线，稳定略弯曲，直线摆动，直线抖动，断续，完全散开等。
六、实验分析与讨论
1．流态判据为何采用无量纲参数，而不采用临界流速?
因为流态不仅与流速有关还和特征尺寸、密度粘性系数有关
2．为何认为上临界雷诺数无实际意义，而采用下临界雷诺数作为层流与湍流的判据?实测下临界雷诺数为多少？
上临界雷诺数不稳定,变化范围大12000~40000,下临界雷诺数比较稳定,约为2320。工程中一般采用2320做为层流、紊流的分界
3．雷诺实验得出的圆管流动下临界雷诺数为2320，而目前有些教科书中介绍采用的下临界雷诺数是2000，原因何在?
因为下临界雷诺数受截面影响，不同的截面下临界雷诺数不同圆管最大，其他的较小所以统一采用2000
浙公网安备 33021202002483