流體流動形態(tài)的觀察與測定.

1、流體流動形態(tài)的觀察與測定（雷諾實驗）一、實驗?zāi)康模?、實際觀察流體在管內(nèi)作層流、 湍流流動時的流動形態(tài)， 并觀察層流和湍流時的速度分布形式。2、確立雷諾準數(shù)與層流和湍流的聯(lián)系，并測出臨界雷諾準數(shù)的大小。3、初步掌握流動形態(tài)對化工過程的影響。4、了解溢流裝置的結(jié)構(gòu)和作用，熟悉轉(zhuǎn)子流量計的流量校正方法。二、實驗原理的說明：1、液體作滯流流動時，其質(zhì)點作直線運動，且互相平行；湍流時質(zhì)點紊亂地向各個方向作不規(guī)則運動，但流體的主體向一定的方向流動。2、利用少量的帶色指示液加入透明的玻璃管中，即通過指示液的流動形態(tài)來確定管道中流體的流動形態(tài)。3、雷諾準數(shù)是確定流體流動類型的準數(shù)。若流體在圓形管子內(nèi)流動，則

2、雷諾準數(shù)用下式表示。u dVSdRes式中： d管子內(nèi)徑 m ；s管子的橫截面積 m2 ；u管內(nèi)流速 m/s ；流體密度 kg/m 3 ；流體粘度 Pas；Vs流體的流量 m 3/s對于一定溫度的流體，在特定的圓管內(nèi)流動，雷諾準數(shù)（Re)僅與流速有關(guān)。改變流量，即可改變流速，也可改變流動的形態(tài)。當(dāng)流體的流動形態(tài)由層流轉(zhuǎn)變?yōu)檫^渡流或湍流時，其雷諾準數(shù)即為臨界雷諾準數(shù)；而其流速即是臨界流速。當(dāng)管內(nèi)流速高于臨界值時，即有可能轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鳌Ｈ?、設(shè)備及流程說明實驗裝置如圖所示， 圖中大槽為水槽， 試驗時水即由此進入玻璃管(玻璃管系觀察流體流動的形態(tài)和層流時導(dǎo)管中流速分布之用)。槽內(nèi)之水由自來水管供給，水量

3、由閥A 調(diào)節(jié)，槽內(nèi)設(shè)有進水穩(wěn)流襲置及溢流箱。用以維持平穩(wěn)而又恒定的液面，多余之水由溢流管排入水溝。試驗時打開閥C，水即由高位槽進入玻璃管，經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計后，排向排水管，可用C 閥調(diào)節(jié)水量，流量由轉(zhuǎn)子流量計測出。高位墨水瓶供貯存墨水之用，墨水由此經(jīng)閥B 流入玻璃管，閥B 即墨水量的調(diào)節(jié)閥。四、實驗步驟1、檢查水箱 5 中是否有水，高位墨水瓶中是否有沉淀；轉(zhuǎn)子流量計中轉(zhuǎn)子是否在下部，針孔有無堵塞。在測試時，必須保證有溢流現(xiàn)象2、觀摩層流、湍流流動形態(tài)和層流、湍流時的速度分布。1）打開閥門 C，并打開墨水液閥門B，此時從針頭中即可流出紅色的指示液。當(dāng)指示液呈一條直線向下流出時，即表明流動狀態(tài)是層流。逐

4、漸開大閥門C，當(dāng)流量增大到一定值時，原來表現(xiàn)出直線狀的指示液，會變成不穩(wěn)定的曲線狀或散亂現(xiàn)象。此時流動狀態(tài)即為湍流。2）關(guān)閉閥門 B 和閥門 C，然后將閥門B 突然打開一段時間，使玻璃管上端充滿紅色的指示液，然后關(guān)閉閥門 B ，而打開閥門 C，則指示液向下流動，同時其前部呈拋物線狀，或者較平的曲線狀。拋物線即為層流時的速度分布，較平的曲線狀，即為湍流時的速度分布。觀察完畢后，關(guān)上閥門B 和閥門 C。3、測定臨界雷諾準數(shù)圖 2 1 雷諾實驗裝置流程圖1、墨水瓶； 2、進水穩(wěn)流裝置；3、溢流箱； 4、溢流管；5、高位水槽； 6、排水管； 7、轉(zhuǎn)子流量計；8、觀察玻璃管；1）測定水箱液面較平靜時的臨

5、界雷諾準數(shù) Re1。使水箱中充滿水，然后關(guān)閉閥門 A 。放置一段時間后 (即水面無波動時 )，開啟閥門 C 和 B( 注意： B 閥門不可開得太大 )。開始測試和記錄指示液由直線到散亂狀的流量值，并要注意記錄指示液由直線轉(zhuǎn)變成曲線狀時的值。然后關(guān)閉閥門 B和 C。2）測定在水箱中液位不變的情況下的臨界雷諾準數(shù)Re1。，開啟閥門A ，使水箱中充滿水。并保持溢流。此時，重新打開閥門B 和閥門 C，重復(fù)上面的測試工作和數(shù)據(jù)記錄。五、操作注意事項：1、當(dāng)測定水面平靜時的臨界雷諾值Re1 時，由于水箱不進水，水箱中的液位逐漸下降，流量也會隨時間的推移而逐漸減小。因此當(dāng)需固定某一流量觀察流形時，應(yīng)逐漸開大閥門C，以保證管內(nèi)流量穩(wěn)定在某一數(shù)值2、開自進水閥時，要控制在保持少量溢流即可，不可過大，以免水箱液面劇烈波動而影響測試數(shù)據(jù)。3、實驗完畢后，將管道中的有色液體排空，并沖洗干凈。六、數(shù)據(jù)整理設(shè)備編號 _；管子內(nèi)徑 _mm ；水溫 _oC流量流速根據(jù)Re 判斷的流序號m/s計算雷諾數(shù)實際觀察的流型m3/s型1液面 2平靜 34512保持溢流345七、思考題1、影響流動形態(tài)的因素有哪些?2、如果管子是不透明的， 不能用直接觀察來判斷管中流動形態(tài)， 你認為可以用什么方法來到斷管中的流動形態(tài) ?3、有人說可以只用流速來判斷管中流動形態(tài)，流速低于某一具體數(shù)值時是層流，