实验名称：雷诺实验 一.实验目的 1.观察层流、紊流的流态及其转换特征： 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.实验原理 R=世_49=ke, K=4 TT 门式子分母中V为液体再该温度下的运动粘度Q为该液体的流量。 流体在管中流动时，因为条件不同可以呈现出两种性质截然不同的流动 形态：层流与紊流。影响流动性台的主要因素除了平均流速以外，还有管径 d、流体密度p和年度μ，流态可以由组合数群Re-dupμ来判断。当Re=2320 时为临界雷诺数，可以将流体流动划分为层流与紊流两种流动形态。当测得 雷诺数大于2320时，流体开始进入紊流状态。 三.主要仪器、试剂及装置图 主要仪器：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
装置图： 四.实验步骤和实验现象 1.测记本实验的有关常数。 八/2.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。 (1)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： (2)待管中出现临界状态时，用体积法或电测法测定流量： (3)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： (4)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多于三次：
(5)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： ©、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。 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12次。 五.实验结果及数据处理 (张贴原始记录卡) 1.记录、计算有关常数： 管径d-1.37cm, 水温t17.5℃ 0.01775 运动粘度V-1+0.0371+00022F- 0.0107cm2/s 计算常数K-86.825s/cm 2.整理、记录计算表 水体 阀门开 实验 颜色水线 积 时间 流量 雷诺数 度增 备注 次序 形态 V(cm T(s) Q(cm/s) Re (↑)或 减() 1 稳定直线 545 20.3 26.8 2328 2 稳定直线 542 20.3 26.7 2319 3 稳定直线 543 20.4 26.6 2310 4 直线抖动 570 20.3 28.1 2441 5 直线抖动 572 20.3 28.2 2449 6 直线抖动 575 20.3 28.3 2458 实测下临界雷诺数（平均值）元=2319
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。 经过实验观察，在不同的流速下，管中的流体流动呈现出的不同的形态 有以下几种： V1 层流流态 图a V2 过渡流态 图b V3 素流流态 图c 六.实验讨论 ☆1.流态判据为何采用无量纲参数，而不采用临界流速？ 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紊流的判 据？实测下临界雷诺数为多少？儿)止 答：根据实验测定，上临界雷诺数实测值在3000~5000范围内，与操作快慢，水 箱的紊动度，外界干扰等密切相关.有关学者做了大量试验，有的得12000，有的得20000 有的甚至得40000。实际水流中，干扰总是存在的，故上临界雷诺数为不定值，无实际 意义。只有下临界雷诺数才可以作为判别流态的标准。凡水流的雷诺数小于下临界雷诺 数者必为层流 本实验实测雷诺数为2319
3.雷诺实验得出的园管流动下临界雷诺数为2320，而目前有些教科书中介绍采用 的下临界雷诺言数为多少？ 答：下临界雷诺数也并非与干扰绝对无关。雷诺实验是在环境的干扰极小，实验前 水箱中的水体经长时间的稳定情况下，经反复多次细心量测才得出的。而后人的大量实 验很难重复得出雷诺实验的准确数值，通常在2000~2300之间。因此，从工程实用出 发，教科书中介绍的园管下临界雷诺数一般是2000。 4.试结合紊动机理实验的观察，分析由层流过渡到紊流的机理何在？ 从紊动机理实验的观察可知，异重流（分层流）在剪切流动情况下，分界面由于扰 动引发细微波动，并随剪切流动的增大，分界面上的波动增大，波峰变尖，以至于间断 面破裂而形成一个个小旋涡。使流体质点产生横向紊动。正如在大风时，海面上波浪滑 天，水气混渗的情况一样，这是高速的空气和静止的海水这两种流体的界面上，因剪切 流动而引起的界面失稳的波动现象。由于园管层流的流速按抛物线分布，过流断面上的 流速梯度较大，而且因壁面上的流速恒为零。相同管径下，如果平均流速越大，则梯度 越大，即层间的剪切流速越大，于是就容易产生紊动。紊动机理实验所见到的波动→破 裂→旋涡→质点紊动等一系列现象，便是流态从层流转变成紊流的过程显示
5.分析层流和紊流在运动学特性和动力学特性方面各有何差异？ 层流和素流在运动学特性和动力学特性方面的差异如下表： 运动学特性 动力学特性 层流 1、质点有规律地作分层流动 1、 流层间无质量传输 2、断面流速按抛物线分布 2、流层间无动量交换 3、运动要素无脉动现象 3、单位质量的能量损失与流速的 次方成正比 紊流 】、质点相互混鸯作无规则运动 1、流层间有质量传输 2、断面流速按指数规律分布 2、流层间存在动量交换 3、运动要素发生不规则的脉动现3、单位质量的能量损失与流速的 象 T 452》次方成正比 考核内容 评分 ABC D 预习情况 实验情况 实完整性 规范性 报 告 正确性 总分 教师（签 名)