雷诺实验实验报告范例.docx

雷诺实验
实验的目的和要求：
观察层流，湍流的流态及其转换过程；
测定临界雷诺数，掌握圆管流态判别方法；
学习应用量纲分析法进行实验研究的方法，确定非圆管流态判别准数。
实验装置说明与操作方法
供水流量由无极调速器调控， 使恒压水箱始终保持微溢流的状态， 以提高进口前水体的 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 到 5分钟。 有色水注入到实 验管道， 可根据有色水散开与否判别流态。 为防止自循环水污染， 有色水采用自行消色的专 用色水。实验流量可由尾阀调节。
实验原理
1883 年，雷诺( Osborne Reynolds )采用类似于本实验的实验装置，观察到液流中存在 着层流和湍流两种流态： 流速较小时， 水流有条不紊的呈现层状有序的直线运动， 流层间没 有质点掺混，这种流态称为层流；当流速增大时，流体质点做杂乱无章的无序的直线运动， 流层间质点掺混， 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 v。
V。与流体的粘性，圆管的直径 d有关。若要判别流态，就要确定各种情况下的 V。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
Vc f (V,d)
根据量纲分析法有：
12
Vc kc 1d 2
其中 kc 是量纲为一的数，写成量纲关系为：
1 2 1 1 2
LT 1 L2T 1 L
由量纲和谐原理，得 1 1, 2
1。
Vc kc 或 kc
d
Vcd
雷诺实验完成了管流的流态从湍流过度到层流是的临界值
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
vd
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，
vd
定名为雷诺数
Re。于是
Re
vd
4qv
d
Kqv
式中，v -----流体速度；
— 流体的运动粘度；（书中用 表示，很近似于流体速度，故用此表示）
d ----圆管直径；
qv -----圆管内过流流量；
K---计算常数，K
当流量由大逐渐变小，流态由湍流变为层流，对应一个下临界雷诺数 Rec1，当流量由
11 一
0逐渐增大，流态从层流变为湍流，对应一个上临界雷诺数 Rec。上雷诺临界数受外界干
扰，数值不稳定，而下临界雷诺数 Rec1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 Rec1值为2300。工程上，一般
取ReJ =2000。当Re< Rec1时，管中流态为层流，反之，为湍流。
对于非圆管流动，雷诺数可以表示为
vR
Re
A 过流断面面积；
X 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成为广义雷诺数。
四． 实验内容与方法
1． 定型观察两种流态 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条直线， 这时的流态为层流。