雷諾實驗指導

1、.實驗一雷諾實驗一、實驗目的1、觀察液體流動時的層流和紊流現(xiàn)象。區(qū)分兩種不同流態(tài)的特征，搞清兩種流態(tài)產(chǎn)生的條件。分析圓管流態(tài)轉(zhuǎn)化的規(guī)律，加深對雷諾數(shù)的理解。2、測定管中的不同狀態(tài)下的雷諾數(shù)及沿程水頭損失。繪制沿程水頭損失和斷面平均流速的關(guān)系曲線， 驗證不同流態(tài)下沿程水頭損失的規(guī)律是不同的。 進一步掌握層流、 紊流兩種流態(tài)的運動學特性與動力學特性。二、實驗原理1、液體在運動時，存在著兩種根本不同的流動狀態(tài)。當液體流速較小時，慣性力較小，粘滯力對質(zhì)點起控制作用， 使各流層的液體質(zhì)點互不混雜， 液流呈層流運動。 當液體流速逐漸增大，質(zhì)點慣性力也逐漸增大，粘滯力對質(zhì)點的控制逐漸減弱，當流速達到一定程度

2、時，各流層的液體形成渦體并能脫離原流層， 液流質(zhì)點即互相混雜， 液流呈紊流運動。 這種從層流到紊流的運動狀態(tài)，反應了液流內(nèi)部結(jié)構(gòu)從量變到質(zhì)變的一個變化過程。液體運動的層流和紊流兩種型態(tài)，首先由英國物理學家雷諾進行了定性與定量的證實，并根據(jù)研究結(jié)果，提出液流型態(tài)可用下列無量綱數(shù)來判斷：Re=Vd/Re在雷諾實驗裝置中， 通過有色液體的質(zhì)點運動， 可以將兩種流態(tài)的根本區(qū)別清晰地反映出來。在層流中，有色液體與水互不混慘，呈直線運動狀態(tài)，在紊流中，有大小不等的渦體振蕩于各流層之間，有色液體與水混摻。2、在如圖所示的實驗設備圖中，取1-1， 1-2 兩斷面，由恒定總流的能量方程知：p1a1 V12p2a

3、 2 V 22h fz1z22g2g因為管徑不變 V 1=V 2hf( z1p1 ) ( z2p 2 ) h所以，壓差計兩測壓管水面高差h 即為 1-1和 1-2 兩斷面間的沿程水頭損失，用重量法或體積法測出流量，并由實測的流量值求得斷面平均流速VQ ，作為 lgh f 和 lgv 關(guān)系曲A線，如下圖所示，曲線上EC 段和 BD 段均可用直線關(guān)系式表示，由斜截式方程得：lghf=lgk+mlgvlghf=lgkv m hf=kv mm 為直線的斜率式中： m tglg h f 2lg hf1lg v 2lg v1實驗結(jié)果表明 EC=1 ， =45°，說明沿程水頭損失與流速的一次方成正

4、比例關(guān)系，為層流區(qū)。BD 段為紊流區(qū)，沿程水頭損失與流速的1.752 次方成比例， 即 m=1.752.0 ，其中 AB 段即為層流向紊流轉(zhuǎn)變的過渡區(qū)，BC 段為紊流向?qū)恿鬓D(zhuǎn)變的過渡區(qū)，C 點為紊流向?qū)恿鬓D(zhuǎn)變的臨界點，C 點所對應流速為下臨界流速，C 點所對應的雷諾數(shù)為下監(jiān)界雷諾數(shù)。 A 點為層流向紊流轉(zhuǎn)變的臨界點，A 點所對應流速為上臨界流速， A 點所對應的雷諾數(shù)為上臨界雷諾數(shù)。;.三、實驗設備下圖是流態(tài)實驗裝置圖。 它由能保持恒定水位的水箱， 試驗管道及能注入有色液體的部分等組成。 實驗時， 只要微微開啟出水閥，并打開有色液體盒連接管上的小閥，色液即可流入圓管中，顯示出層流或紊流狀態(tài)。圖

5、 7-1自循環(huán)液體兩種流態(tài)演示實驗裝置圖1、自循環(huán)供水器；2 、實驗臺； 3、可控硅無級調(diào)速器；4、恒壓水箱；5、有色水水管；6 、穩(wěn)水孔板； 7、溢流板； 8 、實驗管道； 9、實驗流量調(diào)節(jié)閥供水流量由無級調(diào)速器調(diào)控，使恒壓水箱4 始終保持微溢流的程度，以提高進口前水體穩(wěn)定度。本恒壓水箱還設有多道穩(wěn)水隔板，可使穩(wěn)水時間縮短到3 5 分鐘。有色水經(jīng)水管5 注入實驗管道8，可據(jù)有色水散開與否判別流態(tài)。為防止自循環(huán)水污染，有色指示水采用四、實驗步驟1、開啟電流開關(guān)向水箱充水，使水2、微微開啟泄水閥及有色液體盒出水閥，使有色液體流入管中。調(diào)節(jié)泄水閥，使管中的有色液體呈一條直線，此時水流即為層流。此時

6、用體積法測定管中過流量。3、慢慢加大泄水閥開度，觀察有色液體的變化，在某一開度時，有色液體由直線變成4、繼續(xù)逐漸開大泄水閥開度，使有色液體由波狀形變成微小渦體擴散到整個管內(nèi)，此5、以相反程序，即泄水閥開度從大逐漸關(guān)小，再觀察管中流態(tài)的變化現(xiàn)象。并用體積五、 繪圖分析在雙對數(shù)紙上以V 為橫坐標， hf 為縱坐標，繪制lgVlgh f 曲線，并在曲線上找上臨界流速 V K 上 ，計算上臨界雷諾數(shù)REK 上V k上 d 并定出兩段直線斜率m1，m2。lg h f2lg hf1mlg v1lg v2;.將從圖上求得的 m值與各流區(qū) m理論值進行比較， 并分析不同流態(tài)下沿程水頭損失的變化規(guī)律。六、提交成果1.繪制 lgVlgh f 關(guān)系曲線，并在曲線上找上、下臨界流速VK上 、VK 下 。計算上下臨界雷諾系數(shù)。2. 為什么上下臨界雷諾系數(shù)有差別。上臨界雷諾系數(shù)：水流層流做一維運動，背景擾動曉，受慣性力影響小。下臨界雷諾系數(shù)：水流從紊流到層流作隨機運動，流體質(zhì)點不