开放实验 流体流动形态观察与测定
实验一 流体流动形态观察与测定 一、实验目的
1、建立“层流和湍流两种形态和层流时管路中流速分布”的感性知识； 2、确立“层流、湍流与Re 之间有一定联系”的概念。
二、实验任务
1、先做演示实验，观察以下三种现象：层流、湍流、层流时流速分布曲线的形成。 2、维持高位槽液面稳定的情况下，测定不同流动形态的雷诺数。 三、实验原理
流体有两种不同的流动形态即滞流（层流）和湍流（絮流）。流体作滞流流动时，其质点作平行于管轴的直线运动，滞流时流体质点在沿管轴流动的同时，还作着杂乱无章的随机运动。雷诺准数是判断流动形态的准数，若流体在圆管内流动，则雷诺准数可用下式表示：
R e =
du ρ
μ
式中
d ---管子的管径（m ）
u ---流体的流速（m/s）
3
ρ--- 流体密度（kg/m） μ---流体的粘度（Pa.s ）
一般认为：R e 小于2000时，流动形态为滞流。R e 大于4000，流动为湍流。R e 数值在两者之间时，有时为湍流，有时为滞流，其主要和环境有关。
对于一定温度的流体，在特定的圆管内流动，雷诺准数仅于流速有关，本实验是改变水
在管内的速度，观察在不同雷诺数下流体流型的变化。 四、实验装置及实验步骤
实验管道有效长度: L＝600 mm；外径: Do＝30 mm； 内径: Di＝24.2mm
实验装置流程如图一所示。
1. 实验前的准备工作
(1) 必要时调整红水细管4的位置, 使它处于实验管道6的中心线上。 (2) 向红水储瓶 2 中加入适量的用水稀释过的红墨水。 (3) 关闭流量调节阀10、7、9, 打开进水阀3, 使自来水充满水槽,•并使其有一定的溢流
量。 (4) 轻轻打开阀门10, 让水缓慢流过实验管道。使红水全部充满细管道中。 2. 雷诺实验的过程 (1) 向红水储瓶 2 中加入适量的用水稀释过的红墨水。
(2) 轻轻打开阀门10, 让水缓慢流过实验管道。使红水全部充满细管道中。
(3) 调节进水阀, 维持尽可能小的溢流量。
(4) 缓慢地适当打开红水流量调节夹 ,即可看到当前水流量下实验管内水的流动状况
（层流流动如下图二示）。读取流量计的流量并计算出雷诺准数。
图二、层流流动示意图
(5) 因进水和溢流造成的震动, 有时会使实验管道中的红水流束偏离管的中心线, 或发
生不同程度的左右摆动. 为此, 可突然暂时关闭进水阀3, 过一会儿之后即可看到实验管道中出现的与管中心线重合的红色直线。
(6) 增大进水阀3 的开度，在维持尽可能小的溢流量的情况下提高水的流量。并同时根据实际情况适当调整红水流量, 即可观测其他各种流量下实验管内的流动状况。为部分消除进水和溢流造成的震动的影响, 在滞流和过渡流状况的每一种流量下均可采用四. 2.(5)中讲的方法, 突然暂时关闭进口阀 3 ,然后观察管内水的流动状况（过渡流、湍流流动如图三示）。读取流量计的流量并计算出雷诺准数。
3．流体在圆管内作流体速度分布演示实验
(1) 首先将进口阀 3打开，关闭出口阀门7。
(2)
将红水流量调节夹打开，使红水滴落在不流动的实验管路。
图三、过渡流、湍流流动示意图
(3) 突然打开放水阀门10，在实验管路中可以清晰地看到红水流动所形成的如图四所
示速度分布。
图四、流速分布示意图
4. 实验结束时的操作
(1) 关闭红水流量调节夹, 使红水停止流动。
(2) 关闭进水阀 3,使自来水停止流入水槽。
(3) 待实验管道的红色消失时, 关闭阀门 10。
(4) 若日后较长时间不用, 请将装置内各处的存水放净。
五. 实验注意事项
做滞流时, 为了使滞流状况能较快地形成, 而且能够保持稳定, 第一, 水槽的溢流
应尽可能的小。因为溢流大时, 上水的流量也大, 上水和溢流两者造成的震动都比较
大，影响实验结果。第二, 应尽量不要人为地使实验架产生任何的震动. 为减小震动, 若条件允许, 可对实验架的底面进行固定。
六、记录表
设备编号： 管子内径 mm 水温 ℃，水的密度 kg/m 水的粘度 pa•s
3
七、实验分析思考
1、影响流体流动型态的因素有哪些？
2、如果管子不是透明的，不能直接观察来判断管中的流体流动型态，你认为可以用什么办法来判断？
3、有人说可以只用流速来判断管中流体流动型态，流速低于某一具体数值时是层流，否则是湍流，你认为这种看法对否？在什么条件下可以由流速的数值来判断流动型态？