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雷诺实验一、实验目的要求1．观察层流、紊流的流态及其转捩特征；2．测定临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则；3．学习古典流体力学中应用无量纲参数进行实验研究的方法，并了解其实用意义。二、实验装置实验装置如下图所示：自循环雷诺实验装置图11自循环供水器2实验台3可控硅无级调速器4恒压水箱5有色水水管6稳水隔板7溢流板8实验管道9实验流量调节阀供水流量由无级调速器调控使恒压水箱4始终保持微溢流的程度，以提高进口前水体稳定度。本恒压水箱还设有多道稳水隔板，可使稳水时间缩短到3～5分钟。有色水经有色水水管5注入实验管道8，可据有色水散开与否判别流态。为防止自循环水污染，有色指示水采用自行消色的专用色水。三、实验原理流体在管道中流动存在两种流动状态，即层流与湍流。从层流过渡到湍流状态称为流动的转捩，管中流态取决于雷诺数的大小，原因在于雷诺数具有十分明确的物理意义即惯性力与粘性力之比。当雷诺数较小时，管中为层流，当雷诺数较大时，管中为湍流。转捩所对应的雷诺数称为临界雷诺数。由于实验过程中水箱中的水位稳定，管径、水的密度与粘性系数不变，因此可用改变管中流速的办法改变雷诺数。雷诺数KQdQvdRe4；K=d4四、实验方法与步骤1．测记实验的有关常数。2．观察两种流态。打开开关3使水箱充水至溢流水位。经稳定后，微微开启调节阀9，并注入颜色水于实验管内使颜色水流成一直线。通过颜色水质点的运动观察管内水流的层流流态。然后逐步开大调节阀，通过颜色水直线的变化观察层流转变到紊流的水力特征。待管中出现完全紊流后，再逐步关小调节阀，观察由紊流转变为层流的水力特征。3．测定下临界雷诺数。①将调节阀打开，使管中呈完全紊流。再逐步关小调节阀使流量减小。2当流量调节到使颜色水在全管刚呈现出一稳定直线时，即为下临界状态；②待管中出现临界状态时，用重量法测定流量；③根据所测流量计算下临界雷诺数，并与公认值(2320)比较。偏离过大，需重测；④重新打开调节阀，使其形成完全紊流，按照上述步骤重复测量不少于三次；⑤同时用水箱中的温度计测记水温，从而求得水的运动粘度。注意：a、每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟；b、关小阀门过程中，只许渐小，不许开大；c、随出水流量减小，应适当调小开关(右旋)，以减小溢流量引发的扰动。3*4．测定上临界雷诺数。逐渐开启调节阀，使管中水流由层流过渡到紊流，当色水线刚开始散开时，即为上临界状态，测定上临界雷诺数l一2次。5．收拾实验台，整理数据。五、实验报告要求1．简要写出实验原理和实验步骤，画出实验装置。2．记录、计算有关常数。实验装置台号No：4管径（cm）d=1.37cm雷诺实验数据及处理温度T/℃次数流出水的体积V/mL时间t/s流量/m3.s-1平均流量Vs/m3.s-1粘度μ/Pa.s密度ρ/kg.m-3流速u/m.s-1临界雷诺数Re实验现象及流型层流211150.0200.00000750.0000077310.000981997.9910.024608538500.6952红色细流呈直线状2157.5200.0000078753200.0250.0000084192.0250.000007685190.0250.0000076过渡态1760.0200.0000380.00003530.1123633922286.191直线状红色细流开始波动，层流开始转变2750.0200.00003753760.0200.0000384785.0250.00003145790.0250.0000316湍流10.00006670.2123126984319.799红色细流呈烟雾状，流型开始转变为湍流4水温（C）t=16运动粘度（cm2／s）ν=2000221.00337.0101775.0tt0.01123计算常数（s／cm3）K=83.5543．整理、记录计算表并实测临界雷诺数。注：颜色水形态指稳定直线，稳定略弯曲，直线摆动，直线抖动，断续，完全散开等。六、实验分析与讨论1．流态判据为何采用无量纲参数，而不采用临界流速?因为流态不仅与流速有关还和特征尺寸、密度粘性系数有关2．为何认为上临界雷诺数无实际意义，而采用下临界雷诺数作为层流与湍流的判据?实测下临界雷诺数为多少？上临界雷诺数不稳定,变化范围大12000~40000,下临界雷诺数比较稳定,约为2320。工程中一般采用2320做为层流、紊流的分界3．雷诺实验得出的圆管流动下临界雷诺数为2320，而目前有些教科书中介绍采用的下临界雷诺数是2000，原因何在?因为下临界雷诺数受截面影响，不同的截面下临界雷诺数不同圆管最大，其他的较小所以统一采用2000