工程流体力学实验资料 雷诺实验报告.docVIP

流体力学实验指导书 第一部分 基础性实验 2 - 1 - PAGE 0 第4章 雷诺实验 4.1 实验目的 观察层流、紊流的流态及流体由层流变紊流、紊流变层流时的水利特征。 测定临界雷诺数，掌握园管流态判别准则。 学习应用量纲分析法进行实验研究的方法，了解其实用意义。 4.2 实验装置 雷诺实验装置见图4.1。 图4.1 雷诺实验装置图 说明：本实验装置由供水水箱及恒压水箱、实验管道、有色水及水管、实验台、流量调节阀等组成，有色水经有色水管注入实验管道中心，随管道中流动的水一起流动，观察有色水线形态判别流态。专用有色水可自行消色。 4.3 实验原理 流体流动存在层流和紊流两种不同的流态，二者的阻力性质不相同。当流量调节阀旋到一定位置后，实验管道内的水流以流速流动，观察有色水形态，如果有色水形态是稳定直线，则圆管内流态是层流，如果有色水完全散开，则圆管内流态是紊流。而定量判别流体的流态可依据雷诺数的大小来判定。经典雷诺实验得到的下临界值为2320，工程实际中可依据雷诺数是否小于2000来判定流动是否处于层流状态。圆管流动雷诺数： （4.1） 式中：──流体密度，kg/cm3； ──流体在管道中的平均流速，cm/s； ──管道内径，cm； ──动力粘度，Pa?s； ──运动粘度，，cm2/s； ──流量，cm3/s； ──常数，，s/cm3。 4.4 实验方法与步骤 记录及计算有关常数。 管径 =1.37 cm, 水温 = 18.5 ℃ 水的运动粘度 == 0.01 cm2/s 常数 = 88.96 s/cm3 观察两种流态。 滚动有色水塑料管上止水夹滚轮，使有色水流出，同时，打开水箱开关，使水箱充满水至溢流，待实验管道充满水后，反复开启流量调节阀，使管道内气泡排净后开始观察两种流态。关小流量调节阀，直到有色水成一直线 （接近直线时应微调后等待几分钟），此时，管内水流的流态是层流，之后逐渐开大调节阀，通过有色水线形态的变化观察层流转变到紊流的水力特征，当有色水完全散开时，管内水流的流态是紊流。再逐渐关小流量调节阀，观察由紊流转变为层流的水力特征。 测定下临界雷诺数。 将调节阀打开，使管中水流呈紊流（有色水完全散开），之后关小调节阀，使流量减小。当有色水线摆动或略弯曲时应微调流量调节阀，且微调后应等待稳定几分钟，观察有色线是否为直线，当流量调节到使有色水在全管中刚好呈现出一条稳定的直线时，即为下临界状态；停止调节流量，用体积法或重量法测定此时的流量，测记水温，并计算下临界雷诺数。将数据填入表4.1中。 测完一组数据后重复上述步骤测定另外2组数据。测定下一组数据前一定要确保开始状态为紊流流态，且调节流量时只能逐步关小而不能回调。测定临界雷诺数必须在刚好呈现出一条稳定直线时测定。为了观察到临界状态，调节流量时幅度要小，每调节阀门一次，均须等待稳定时间几分钟。 测定上临界雷诺数。 当流态是层流时，逐渐开启阀门，使管中水流由层流过度到紊流，当有色水线刚好完全散开时即为上临界状态。停止调节流量，用体积法或重量法测定此时的流量，测记水温，并计算上临界雷诺数。测定上临界雷诺数1-2次。 ★操作要领与注意事项：①、测定下临界雷诺数时，务必先增大流量，确保流态处于紊流状态。之后逐渐减小阀门开度，当有色线摆动时，应停止调节阀门开度，等待1分钟后，观察有色线形态，之后继续微调再等待1分钟，直到有色线刚好为直线时，才是紊流变到层流的下临界状态。注意等待时间要足够，微调幅度要小，否则，测不到临界值。②、只能单一方向调节阀门，不能回调，错过临界点必须重做。③、实验时，不要触碰实验台，以免流动受到外界扰动影响。 4.5 实验成果与分析 记录及计算数据至下表中： 表4.1 雷诺数测定数据表 实验次数 有色 水线 形态 体积法测流量 雷诺数Re 阀门开度 备注 水体积 （cm3） 时间T （s） 流量Q （cm3/s） 1 稳定 直线 890 12.00 74.17 6598 6294 测下临界值时 减小 测定下临界 雷诺数 2 890 11.70 76.07 6767 3 800 12.9 62..02 5517 4 完全 散开 测上临界值时 增大 测定上临界 雷诺数 5 直线 摆动 6 7 8 9 4.6 实验分析与讨论 流态判据为何不采用临界流速而选用无量纲参数雷诺数？ 答：流速只能代表惯性力。雷诺数是惯性力与粘性力之比。判断一个流态是层流还是湍流要看它的雷诺数是否超过临界雷诺数。只看速度是不够的，比如两个相同速度的流动，一个在光滑的管内进行，一个在粗糙的管内进行，则光滑管中的可能保持为层流，而粗糙管中的可能已是湍流。无量纲数适合于任何管径