05-雷诺实验.doc

§、湍流的流态及其转换过程;,掌握园管流态判别准则;,确定非圆管流的流态判别准数。。 ,使恒压水箱4始终保持微溢流的程度,以提高进口前水体稳定度。本恒压水箱设有多道稳水隔板,可使稳水时间缩短到3~5分钟。有色水经有色水水管5注入实验管道8,可据有色水散开与否判别流态。为防止自循环水污染,有色指示水采用自行消色的专用色水。实验流量由调节阀9调节。,雷诺(OsborneReynolds),观察到液流中存在着层流和湍流两种流态:流速较小时,水流有条不紊地呈层状有序的直线运动,流层间没有质点混掺,这种流态称为层流;当流速增大时,流体质点作杂乱无章的无序的直线运动,流层间质点混掺,这种流态称为湍流。雷诺实验还发现存在着湍流转变为层流的临界流速,与流体的粘性n、园管的直径d有关。若要判别流态,就要确定各种情况下的值,需要对这些相关因素的不同量值作出排列组合再分别进行实验研究,工作量巨大。雷诺实验的贡献不仅在于发现了两种流态,还在于运用量纲分析的原理,得出了量纲为一的判据——雷诺数Re,使问题得以简化。量纲分析如下:因根据量纲分析法有其中kc是量纲为一的数。写成量纲关系为由量纲和谐原理,得a1=1,a2=-1。即或雷诺实验完成了管流的流态从湍流过度到层流时的临界值kc值的测定,以及是否为常数的验证,结果表明kc值为常数。于是,量纲为一的数便成了适合于任何管径,任何牛顿流体的流态由湍流转变为层流的判据。由于雷诺的贡献,定名为雷诺数Re。于是有式中:v为流体流速;n为流体运动粘度;d为圆管直径;为圆管内过流流量;K为计算常数,。当流量由大逐渐变小,流态从湍流变为层流,对应一个下临界雷诺数Rec,当流量由零逐渐增大,流态从层流变为湍流,对应一个上临界雷诺数。上临界雷数受外界干扰,数值不稳定,而下临雷诺数Rec值比较稳定,因此一般以下临界雷诺数作为判别流态的标准。雷诺经反复测试,得出圆管流动的下临界雷诺数Rec值为2300。工程上,一般取Rec=2000。当Re<Rec时,管中液流为层流;反之为湍流。对于非圆管流动,雷诺数可以表示为式中;R为过流断面的水力半径;A为过流断面面积;c为湿周(过流断面上液体与固体边界接触的长度)。以水力半径作为特征长度表示的雷诺数也称为广义雷诺数。。启动水泵供水,使水箱溢流,经稳定后,微开流量调节阀,打开颜色水管道的阀门,注入颜色水,可以看到圆管中颜色水随水流流动形成一直线状,这时的流态即为层流。进一步开大流量调节阀,流量增大到一定程度时,可见管中颜色水发生混掺,直至消色。表明流体质点已经发生无序的杂乱运动,这时的流态即为湍流。想一想:应在管道的哪个部位观察流态?为什么?,再逐步关小调节阀,每调节一次流量后,稳定一段时间并观察其形态,当颜色水开始形