雷诺实验装置指导书

实验目的 
观察流体在管内流动时的两种不同型态。
观察层流状态下管路中流体速度分布状态。
测定流动形态与雷诺数Re之间的关系及临界雷诺数值。
实验内容 
根据测定参数计算Re并判断流体流动的流型；
确定临界雷诺值 
 
实验原理
概述 
在实际化工生产中，许多过程都涉及到流体流动的内部细节，尤其是流体的流动现象。故而了解流体的流动形态极其重要。本实验装置便于观察，结构简单能使学生对流体流动的两种形态有更好的认识。
 
实验原理 
流体在管道中流动，有两种不同的流动状态，其阻力性质也不同。在实验过程中，保持水箱中的水位恒定，即水头H不变。如果管路尾部阀门开启较小，在管路中就有稳定的平均流速v，这时候如果微启颜色水盒阀门，带色水就会与无色水在管路中沿轴线同步向前流动，带色水呈一条带色直线，其流动质点没有垂直于主流方向的横向运动，带色水线没有与周围的液体混杂，层次分明的在管路中流动。此时，在速度较小而粘性较大和惯性力较小的情况下运动，为层流运动。如果将尾部阀门逐渐开大，管路中的带色直线出现脉动，流体质点还没有出现相互交换的现象，流体的流动呈临界状态。如果将尾部阀门继续开大，出现流动质点的横向脉动，使色线完全扩散与无色水混合，此时流体的流动状态为紊流运动。
由于雷诺数：                    
    式中：d ─管径（m）
          v－流体流速（m/s）
           －流体的运动粘度（m ²/s） 
根据连续方程：A·v= Q
式中：A－管路的横截面积（m ²）
          Q ─ 流 量 （m³/s）   
实验时我们测出在Δt时间内流入计量水箱中流体的体积ΔV，然后据公式:流量，就可根据流量值计算出流体的流速，进而得出流体在不同流态时的雷诺数。  

雷诺准数是判断流体流动类型的准数，一般认为，Re≤2000为层流；Re≥4000为湍流；2000＜Re＜4000为不稳定的过渡区。
对于一定温度的液体，在特定的圆管内流动，雷诺准数仅与流速有关。本实验是以水为介质，改变水在圆管内的流速，观察在不同雷诺准数下流体流动类型的变化。
 
实验装置流程图

1 试剂盒  2 试剂调节阀  3 高位水槽  4 雷诺管  5 水量调节阀  6 计量水箱  7 进水阀  8、9 排水阀
图1-1  雷诺实验流程图
操作步骤 
1、启动水泵，向稳压水箱注水。调节进水阀门和尾部阀门，使水箱的水位达到溢流，并始终保持很微小的溢流。使实验管中的水流保持稳定而较小的流速。
2、将普通钢笔水倒进颜色水盒。开启下部小阀门，使颜色水从细管中流出，此时，可看到实验管中的颜色水细流与管中的水流同步在直管中沿轴线向前流动，色液呈现一条细直流线，这说明在此流态下，流体的质点没有垂直于主流的横向运动，颜色水没有与周围的液体混杂，而是层次分明的向前流动。此时的流体即为层流。（若看不到这种现象，可再仔细调节上水阀门和尾部阀门，直到看到有色直线为止）
3、逐渐缓慢开大上水阀门和尾部阀门，可以观察到有色色线开始出现脉动，但流体质点还没有达到相互交换的程度，此时，即象征为流体流动状态开始转换的临界状态（上临界点），此时的流速即为上临界流速。
4、继续开大阀门，即会出现流体质点的横向脉动，继而色线会被全部扩散与水混合，此时的流态即为紊流。此后，如果把阀门逐渐关小，关小到一定开度时，又可以观察到流体的流态从紊流转变到层流的临界状态（下临界点）。继续关小阀门，实验管中会再次出现细直色线，流体流态转变为层流。
5、在上述各种流态下，用数字型计量水箱测量出水流的体积流量并测记流体的温度。
6、将测试结果记入实验记录表中。计算临界雷诺数Re_k
 
注意事项 
1、在测定层流现象时，指示液的流速必须小于或等于观察管内的流速。若大于观察管内的流速则无法看到一条直线，而是和湍流一样的浑浊现象。 
2、注意在实验台周围不得有外加的干扰。实验者调节好后手应该不接触设备，避免实验现象的不正常。
 
实验数据处理
基本数据 
水的黏度：           Pa·s；        水的密度：          kg/m³；
水的温度：           ℃；           实验管内径：           m。
 
实验数据记录

次数	V （m3）	t （s）	Q （m3/s）	临界流速VK （m/s）	临界雷诺数 Re	附   注
1						实验管内径 d=0.014m 水温： ℃
2
3
平均雷诺数Re=

 
实验报告内容
 将实验数据和数据整理结果列在表格中。
 
八、设备主要配置及技术参数  
实验装置主要是由水箱、实验管、试剂盒、PPR管路、阀门和不锈钢台架等组成。
实验管：内径16mm、长1200mm的透明有机玻璃管，便于学生观察玻璃管内详细的实验经过及现象。本实验主要是通过调节水量控制阀来改变流体流经管的流速并观察指示液随流速改变的流动形态。 
试剂盒：容积大于300ml。指示液为红墨水或其它颜色鲜艳的液体。通过指示液控制阀由尖嘴流入实验管中。
4、实验水箱：透明有机玻璃，外形尺寸：300X380X550，有效容积大于35L。溢流口是为了保证水槽内的水维持溢流稳定状态。出水口是为了方便清洗水槽。
5、蓄水箱：硬质PVC材质，外形尺寸：480X420X400，容积大于50L。 
6、计量水箱：透明有机玻璃材质，外形尺寸：300X200X220，有效计量容积大于8L。
7、实验所用流体为水，框架为不锈钢材质，结构紧凑，外形美观，装置流程简单，操作方便。
8、 潜水泵：AP3500型，电压220-240V,50Hz，60W，扬程2.3m，流量2000L/h。
9、外形尺寸：1600×450×1500。