主页 > 新闻动态 >

雷诺实验--流体力学实验装置

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Reck，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
1、实际流体的流动会呈现出两种不同的型态：层流、紊流（图1）它们的区别在于：流动过程中流体层之间是否发生掺混现象，在紊流流动中存在随机变化的脉动量，而在层流流动中则没有。

2、圆管中恒定流动的流态转化取决于雷诺数Re=Vd/ν，d是圆管直径，V是断面平均流速，ν是流体的动力粘滞系数。
3、实际流体的流动之所以会呈现出两种不同的型态是扰动因素与粘性稳定作用之间对比和抗衡的结果。针对圆管中定常流动的情况，容易理解：减小d，减小V，加大三种途径都是有利于流动稳定的。综合起来看，小雷诺数流动趋于稳定，而大雷诺数流动稳定差，容易发生紊流现象。
4、圆管中定常流动的流态发生转化时对应的雷诺数称为临界雷诺数，又分为上临界雷诺数和下临界雷诺数。上临界雷诺数表示超过此雷诺数的流动力必为紊流，它很不稳定，跨越一个较大的取值范围。有实际意义的是下临界雷诺数，表示低于此雷诺数的流动必为层流，有确定的数值，圆管定常流动的下临界雷诺数取为 Recr=2300。
5、对相同流量下圆管层流和紊流流动的断面流速分布作一比较，可以看出层流流速分布呈旋转抛物面，而紊流速度分布则比较均匀呈现对数或指数分布，靠近壁面流速梯度比层流时大，（图 2）。

四、实验步骤
1、测记本实验的有关常数。
2、观察两种流态。水箱充水至溢流水位，经稳定后，微微开启调节阀，并注入水颜色于实验管内，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，由颜色水线的变化来观察层流转变到紊流的水力现象，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现象。
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好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。按上述步骤重复测量不少于三次；
【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，只许关小，不许开关。
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，颜色水线刚开始散开时，即为上临界状态，测定计算上临界雷诺数 1-2 次。
五、实验数据
1、记录、计算有关常数：

2、整理、记录计算表

【注】颜色水线形态指：稳定直线，稳定略弯曲，直线摆动，直线抖动，断续，完全散开等。
六、分析与思考
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？
3、分析实验误差的原因

上一篇：用运算放大器组成万用电表的设计与调试--模拟电
下一篇：不可压缩流体恒定流动总流伯努利方程实验

雷诺实验--流体力学实验装置

在线客服