雷诺演示实验讲义.doc

雷诺演示实验一、实验目的1、观察流体在管内流动的两种不同流型。2、测定临界雷诺数Rec。二、基本原理流体流动有两种不同型态,即层流(或称滞流,Laminarflow)和湍流(或称紊流,Turbulentflow),这一现象最早是由雷诺(Reynolds)于1883年首先发现的。流体作层流流动时,其流体质点作平行于管轴的直线运动,且在径向无脉动;流体作湍流流动时,其流体质点除沿管轴方向作向前运动外,还在径向作脉动,从而在宏观上显示出紊乱地向各个方向作不规则的运动。流体流动型态可用雷诺准数(Re)来判断,这是一个由各影响变量组合而成的无因次数群,故其值不会因采用不同的单位制而不同。但应当注意,数群中各物理量必须采用同一单位制。若流体在圆管内流动,则雷诺准数可用下式表示:(11-1)式中:Re—雷诺准数,无因次;d—管子内径,m;u—流体在管内的平均流速,m/s;—流体密度,kg/m3;μ—流体粘度;Pa·s。层流转变为湍流时的雷诺数称为临界雷诺数,用Rec表示。工程上一般认为,流体在直圆管内流动时,当Re≤2000时为层流;当Re>4000时,圆管内已形成湍流;当Re在2000至4000范围内,流动处于一种过渡状态,可能是层流,也可能是湍流,或者是二者交替出现,这要视外界干扰而定,一般称这一Re数范围为过渡区。式(11-1)表明,对于一定温度的流体,在特定的圆管内流动,雷诺准数仅与流体流速有关。本实验即是通过改变流体在管内的速度,观察在不同雷诺准数下流体的流动型态。三、实验装置及流程实验装置如图11-1所示。主要由玻璃试验导管、流量计、流量调节阀、低位贮水槽、循环水泵、稳压溢流水槽等部分组成,演示主管路为mm(外径)硬质玻璃。图11-1流体流型演示实验1-红墨水储槽;2-溢流稳压槽;3-实验管;4-转子流量计;5-循环泵;6-上水管;7-溢流回水管;8-调节阀;9-储水槽实验前,先将水充满低位贮水槽,关闭流量计后的调节阀,然后启动循环水泵。待水充满稳压溢流水槽后,开启流量计后的调节阀。水由稳压溢流水槽流经缓冲槽、试验导管和流量计,最后流回低位贮水槽。水流量的大小,可由流量计和调节阀调节。选取5个不同流量进行实验。示踪剂采用红色墨水,它由红墨水贮瓶经连接管和细孔喷嘴,注入试验导管。细孔玻璃注射管(或注射针头)位于试验导管人口的轴线部位。注意:实验用的水应清洁,红墨水的密度应与水相当,装置要放置平稳,避免震动。四、实验操作1、打开控制面板上的仪器电源,关闭出水阀,打开进水阀,将水充满低位贮水槽。2、关闭流量计后的调节阀,打开控制面板上的循环水泵电源,待水充满稳压溢流水槽后,打开出水阀。(溢流回水管上的阀门全开)3、待稳压溢流水槽上水位稳定后,开启流量计后的调节阀,调节水的流量。4、层流流动型态试验时,先少许开启调节阀,将流速调至所需要的值。再调节红墨水贮瓶的下口旋塞,并作精细调节,使红墨水的注人流速与试验导管中主体流体的流速相适应,一般略低于主体流体的流速为宜。。此时,在试验导管的轴线上,就可观