雷诺演示实验
实验一 雷诺演示实验
一、实验目的和任务
1．观察流体在管内流动的两种不同流型，建立层流和湍流流动型态的感性认识；
2．熟悉雷诺准数的测定和计算方法；
3．测定临界雷诺数，熟悉流动类型与雷诺准数之间的关系；
4．了解层流时流体在管道中的速度分布情况；
5．了解溢流装置的作用，正确判断稳流。
二、基本原理
流体流动有两种不同型态，即层流(滞流) 和湍流(紊流) 。流体作层流流动时，其流体质点作直线运动，且互相干行；湍流时质点紊乱地向各个方向作不规则的运动，但流体的主体向某一方向流动。
雷诺准数是判断流动型态的准数，若流体在圆管内流动，则雷诺准数可用下式表示： Re =du ρ
μ
式中，Re ——雷诺准数，无因次； d ——管子内径，26.4mm ；
u ——流体流速，m ／s ； ρ——流体密度，kg ／m 3；
μ——流体粘度；Pa ·s 。
对于一定温度的流体，在特定的圆管内流动，雷诺准数仅与流体流速有关。本实验通过改变流体在管内的速度，观察在不同雷诺准数下流体流型的变化，一般认为Re4000时。流动为湍流；2000
三、实验装置与流程
实验装置如图1所示。主要由玻璃试验导管、低位贮水槽、循环水泵、稳压溢流水槽、缓冲水槽以及流量计等部分组成。
实验前，先将水充满低位贮水槽，然后关闭泵的出口阀和流量计后的调节阀，再将溢流水槽到缓冲水槽的整个系统加满水。最后，设法排尽系统中的气泡。
实验操作时，先启动循环水泵，然后开启泵的出口阀及流量计后的调节阀。水由稳压溢流水槽流经试验导管、缓冲槽和流量计，最后流回低位贮水槽。水流量的大小，可由流量计后调节阀调节。泵的出口阀控制溢流水槽的溢流量。
示踪剂采用红色墨水，它由红墨水贮瓶．经连接软管和玻璃注射管的细孔喷嘴，注入试验导管。细孔玻璃注射管(或注射针头) 位于试验导管人口的轴线部位。
四、实验操作
1. 层流流动类型
图1 雷诺演示实验装置
1-可移动框架 2-循环水泵 3-低位贮水槽 4-流量调节闸阀 5-旁路阀门 6-转子流量
7-溢流水槽 8-红墨水贮瓶 9-红墨水喷针 10-玻璃试验导管 11-低位贮水槽排污阀
试验时，先少许开启凋节阀，将流速调至所需要的值。再调节红墨水贮瓶的下口旋塞，并用自由夹作精细调节，使红墨水的注人流速与试验导管中主体流体的流速相适应，一般略低于主体流体的流速为宜。待流动稳定后．记录主体流体的流量。此时，在试验导管的轴线
上，就可观察到一条平直的红色细流，好象一根拉直的红线一样。
2. 湍流流动型态
缓慢地加大调节阀的开度，使水流量平稳地增大。玻璃导管内的流速也随之平稳地增大。同时，相应地适当凋节泵出口阀的开度，以保持溢流水槽内仍有一定溢流量，以确保试验导管内的流体始终为稳定流动。可观察到：玻璃导管轴线上呈直线流动的红色细流，开始发生波动。随着流速的增大，红色细流的波动程度也随之增大，最后断裂成一段段的红色细流。当流速继续增大时，红墨水进入试验导管后。立即呈烟雾状分散在整个导管内，进而迅速与主体水流混为—体，使整个管内流体染为红色，以致无法辨别红墨水的流线。
五、思考题
1、影响流动形态的因素有哪些？
2、如果管子是不透明的，不能直接观察管中的流动形态，你可以用什么办法来判断管子中流动的形态？
3、有人说可以只用流速来判断管子中的流动形态，流速低于某一个具体数据时是层流，否则是湍流，这种看法对吗？在什么条件下可以只由流速来判断流动形态？
4、研究流动形态有何意义？