雷諾實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告范例

雷諾實(shí)驗(yàn)一．實(shí)驗(yàn)的目的和要求：觀察層流，湍流的流態(tài)及其轉(zhuǎn)換過(guò)程；測(cè)定臨界雷諾數(shù)，掌握?qǐng)A管流態(tài)判別方法；學(xué)習(xí)應(yīng)用量綱分析法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的方法，確定非圓管流態(tài)判別準(zhǔn)數(shù)。二．實(shí)驗(yàn)裝置說(shuō)明與操作方法供水流量由無(wú)極調(diào)速器調(diào)控，使恒壓水箱始終保持微溢流的狀態(tài)，以提高進(jìn)口前水體的穩(wěn)定度。本恒壓水箱設(shè)有多道穩(wěn)水隔板，可使穩(wěn)水時(shí)間縮短到3到5分鐘。有色水注入到實(shí)驗(yàn)管道，可根據(jù)有色水散開與否判別流態(tài)。為防止自循環(huán)水污染，有色水采用自行消色的專用色水。實(shí)驗(yàn)流量可由尾閥調(diào)節(jié)。三．實(shí)驗(yàn)原理1883年，雷諾（OsborneReynolds）采用類似于本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置，觀察到液流中存在著層流和湍流兩種流態(tài)：流速較小時(shí)，水流有條不紊的呈現(xiàn)層狀有序的直線運(yùn)動(dòng)，流層間沒有質(zhì)點(diǎn)摻混，這種流態(tài)稱為層流；當(dāng)流速增大時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)做雜亂無(wú)章的無(wú)序的直線運(yùn)動(dòng)，流層間質(zhì)點(diǎn)摻混，這種流態(tài)稱為湍流。雷諾實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)存在著湍流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯呐R界流速v。v。與流體的粘性，圓管的直徑d有關(guān)。若要判別流態(tài)，就要確定各種情況下的v。值，需要對(duì)這些相關(guān)因素的不同量值作出排列組合再分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，工作量巨大。雷諾實(shí)驗(yàn)的貢獻(xiàn)不僅在于發(fā)現(xiàn)了兩種流態(tài)，還在于運(yùn)用量綱分析的原理，得出了量綱為一的判據(jù)-----雷諾數(shù)Re,使問(wèn)題得以簡(jiǎn)化。量綱分析如下：因根據(jù)量綱分析法有：其中是量綱為一的數(shù)，寫成量綱關(guān)系為：由量綱和諧原理，得。即或雷諾實(shí)驗(yàn)完成了管流的流態(tài)從湍流過(guò)度到層流是的臨界值值的測(cè)定，以及是否為常數(shù)的驗(yàn)證，結(jié)果表明值為常數(shù)。于是，量綱為一的數(shù)便成了適合于任何管徑，任何牛頓流體的流態(tài)由湍流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯呐袚?jù)。由于雷諾的貢獻(xiàn)，定名為雷諾數(shù)Re。于是有式中，-----流體速度；----流體的運(yùn)動(dòng)粘度；（書中用表示，很近似于流體速度，故用此表示）----圓管直徑；-----圓管內(nèi)過(guò)流流量；---計(jì)算常數(shù)，當(dāng)流量由大逐漸變小，流態(tài)由湍流變?yōu)閷恿鳎瑢?duì)應(yīng)一個(gè)下臨界雷諾數(shù)，當(dāng)流量由0逐漸增大，流態(tài)從層流變?yōu)橥牧?，?duì)應(yīng)一個(gè)上臨界雷諾數(shù)。上雷諾臨界數(shù)受外界干擾，數(shù)值不穩(wěn)定，而下臨界雷諾數(shù)值比較穩(wěn)定，因此一般以下臨界雷諾數(shù)作為判別流態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。雷諾經(jīng)反復(fù)測(cè)試，得出圓管流動(dòng)的下臨界雷諾數(shù)值為2300。工程上，一般取=2000。當(dāng)<時(shí)，管中流態(tài)為層流，反之，為湍流。對(duì)于非圓管流動(dòng)，雷諾數(shù)可以表示為式中：R-----過(guò)流斷面的水力學(xué)半徑，R=A/XA----過(guò)流斷面面積；X----濕周（過(guò)流斷面上液體與固體邊界接觸的長(zhǎng)度）。以水力半徑作為特征長(zhǎng)度表示的雷諾數(shù)也成為廣義雷諾數(shù)。四．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法定型觀察兩種流態(tài)啟動(dòng)水泵供水，使水箱溢流，經(jīng)穩(wěn)定后，微開流量調(diào)節(jié)閥，打開顏色水管道的閥門，注入顏色水，可以看到圓管中顏色水隨水流流動(dòng)形成一條直線，這時(shí)的流態(tài)為層流。進(jìn)一步開大流量調(diào)節(jié)閥，流量增大到一定程度，可見管流中顏色水發(fā)生摻混，直至消色。表明流體質(zhì)點(diǎn)已經(jīng)發(fā)生無(wú)序的雜亂運(yùn)動(dòng)，這時(shí)的流態(tài)即為湍流。想一想：應(yīng)在管道的哪個(gè)部位觀察流態(tài)？為什么？2.測(cè)定下臨界雷諾數(shù)先調(diào)節(jié)管中流態(tài)呈湍流狀，再逐步關(guān)小調(diào)節(jié)閥，每調(diào)節(jié)一次流量后，穩(wěn)定一段時(shí)間并觀察其形態(tài)，當(dāng)顏色水開始形成一條直線時(shí)，表明由湍流剛好轉(zhuǎn)為層流，此時(shí)管流即為下臨界流動(dòng)狀態(tài)。用重量法測(cè)定流量，記錄水溫，即可得出下臨界雷諾數(shù)。注意：接近下臨界流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，流量應(yīng)微調(diào)，調(diào)節(jié)過(guò)程中流量調(diào)節(jié)閥只可關(guān)小，不可開大。測(cè)定上臨界雷諾數(shù)先調(diào)節(jié)管中流態(tài)呈層流狀，再逐步開大調(diào)節(jié)閥，每調(diào)節(jié)一次流量后，穩(wěn)定一段時(shí)間并觀察其形態(tài)，當(dāng)顏色水開始散開摻混時(shí)，表明由層流剛好轉(zhuǎn)為湍流，此時(shí)管流即為上臨界流動(dòng)狀態(tài)。用重量法測(cè)定流量，記錄水溫，即可得出上臨界雷諾數(shù)。注意：接近上臨界流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，流量應(yīng)微調(diào)，調(diào)節(jié)過(guò)程中流量調(diào)節(jié)閥只可開大，不可關(guān)小。分析設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)任何截面形狀的管流或者明渠，任何牛頓流體流動(dòng)的流態(tài)轉(zhuǎn)變臨界流速v。與運(yùn)動(dòng)粘度，水力半徑R有關(guān)。要求通過(guò)量綱分析確定其廣義雷諾數(shù)，設(shè)計(jì)測(cè)量明渠廣義下臨界雷諾數(shù)的實(shí)驗(yàn)方案，并根據(jù)上述圓管實(shí)驗(yàn)的結(jié)果得出廣義下臨界雷諾數(shù)值。五．?dāng)?shù)值處理及成果要求記錄有關(guān)信息及實(shí)驗(yàn)常數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱：實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)：實(shí)驗(yàn)者：實(shí)驗(yàn)日期：管徑d=水溫T=°運(yùn)動(dòng)粘度:計(jì)算常數(shù)K=實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果雷諾實(shí)驗(yàn)記錄計(jì)算表實(shí)驗(yàn)次序顏色水線形狀水體積時(shí)間(s)流量雷諾數(shù)閥門開度備注1234567實(shí)測(cè)下臨界雷諾數(shù)平均值成果要求測(cè)定下臨界雷諾數(shù)（測(cè)量2-4次取平均值）。測(cè)定上臨界雷諾數(shù)（測(cè)量2-4次取平均值）。確定廣義雷諾數(shù)表達(dá)式及其圓管流的廣義下臨界雷諾數(shù)實(shí)測(cè)數(shù)值。六．分析思考題：為何認(rèn)為上臨界雷諾數(shù)無(wú)實(shí)際意義，而采用下臨界雷諾數(shù)作為層流與湍流的判據(jù)？試結(jié)合湍流