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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：duRe（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Re4000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220mm（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。待流动稳定后．记录主体流体的流量。此时，在试验导管的轴线上，就可观察到一条平直的红色细流，好像一根拉直的红线一样。5、湍流流动型态缓慢地加大调节阀的开度，使水流量平稳地增大，玻璃导管内的流速也随之平稳地增大。此时可观察到，玻璃导管轴线上呈直线流动的红色细流，开始发生波动。随着流速的增大，红色细流的波动程度也随之增大，最后断裂成一段段的红色细流。当流速继续增大时，红墨水进入试验导管后立即呈烟雾状分散在整个导管内，进而迅速与主体水流混为—体，使整个管内流体染为红色，以致无法辨别红墨水的流线。6、选取5个有代表性的流量，观察流体型态并记录实验流量。实验结束后，先关闭红墨水贮瓶的下口旋塞，待实验管中的红色墨水排干净之后，再关闭流量计后的调节阀。五、实验要求1.求出每一个状态下的Re数，并绘出Re与Q的关系曲线。2.根据实验求出下临界雷诺数数的大小。3.为什么上、下临界雷诺数值会有差别?4.为什么不用临界流速来判别层流和紊流?六、思考题1、为什么上、下临界雷诺数值会有差别?2、为什么不用临界流速来判别层流和湍流?七、注意事项1、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。2、红墨水的注射针头应位于试验导管入口的中心轴线部位。3、溢流稳压槽的水位控制与挡板高度的关系。4、实验过程中，不可任意关闭阀门和开关，易造成仪器损坏。5、转子流量计使用注意事项。