雷诺实验2014.doc

PAGE  PAGE 3 雷诺实验 一、实验目的 1、观察流体在不同流态（层流和紊流）时流体质点的运动规律； 2、观察流体由层流变紊流、紊流变层流时的水力特征； 3、测定下临界雷诺数，掌握圆管流态的判别准则； 4、学习应用无量纲参数进行实验研究的方法，了解其实用意义。 二、实验要求 1、观察层流和紊流两种流态； 2、测量、记录实验数据，计算下临界雷诺数。 三、 实验原理 流体流动存在两种不同状态：即层流和紊流，其阻力性质也不相同。 本实验采用如图1所示的自循环雷诺实验装置。在实验过程中，保持水箱4中的水位恒定，即总水头不变。当出水调节阀9开度较小时，开启有色水管5的阀门，则有色水与自来水同步在管路中沿轴线方向流动，有色水呈一条水平直线，其流体质点没有垂直于主流方向上的横向运动，即有色水流束没有与周围液体掺混，此时流动处于层流状态。当出水调节阀9逐渐开大时，管路中的有色水流束开始振荡，不再与管道轴线平行，此时流动呈过渡状态。当出水调节阀9开度继续增大，则有色水流束开始破裂，呈现不规则的状态，并发生横向掺混，遍及整个管道，即有色水在流动过程中完全扩散，已完全分不清有色水流束了，此时流动呈紊流状态。 流体的运动状态可根据有色水散开与否作定性判别，而定量判别可依据雷诺数Re的大小来判定。经典雷诺实验得到的下临界值为2320，工业上可依据雷诺数是否大于2000来判定流动是否处于紊流状态。雷诺数Re定义式可作如下变化，即 式中 K——常数，； ρ——液体密度，kg/m3； ——液体在管道中的平均流速，m/s； d——管道内径，m； μ——液体的动力黏度，Pa?s； v——液体的运动黏度，m2/s； ——体积流量，m3/s。 四、实验所需仪器、设备、材料（试剂） 1．实验装置简图 实验装置及各部分名称如图1所示。 10 11 12 图1 雷诺实验装置图 1. 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. 稳水孔板 7. 溢流板 8. 实验管道 9. 实验流量调节阀 10. 稳压筒 11.传感器 12. 智能化数显流量仪 2. 装置说明与操作方法 ??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。实验流量由调节阀9调节。 流量由智能化数显流量仪测量，智能化数显流量仪系统包括实验管道内配套流量计、稳压筒10、高精密传感器11和智能化数显流量仪12（含数字面板表及A/D转换器）。该流量仪为管道式瞬时流量仪，测量精度一级。 流量仪的使用方法，需先排气调零，待水箱溢流后，间歇性全开、全关管道出水阀9数次，排除连通管内气泡。再全关阀9，待稳定后将流量仪调零。测流量时，水流稳定后，流量仪所显示的数值即为瞬时流量值。 水温由数显温度计测量显示。 五、实验预习要求、实验条件、方法与步骤 1、复习教材中与雷诺实验及雷诺数定义相关的理论知识。 2、按如下步骤进行实验 打开水泵供水，使水箱4充水至溢流水位，待稳定后，对智能化数显流量仪排气调零。微启出水调节阀9；打开有色水管5的阀门，将有色水注入实验管内，则有色水流呈现一水平直线，通过有色水质点的运动观察管内水流的层流流态。然后逐步开大出水调节阀9，通过有色水直线的变化观察流动状态从层流转变到紊流的水力特征，待管中出现充分发展的紊流后，再逐步关小出水调节阀9，观察流动状态从紊流转化为层流的水力特征。 3、测定下临界雷诺数 （1）将出水调节阀9打开，使管内流动呈充分发展的紊流状态，再逐步关小出水调节阀9，使流量减小，当流量调节到使有色水在整个管道中刚刚呈现出一稳定直线时，即流动处于下临界状态； （2）记录智能化数显流量仪显示此时的流量； （3）记录数显温度计显示的水温，依据公式计算水的运动黏度； （4）根据所测流量计算下临界雷诺数，并与公认值（2000~2320）比较，若偏离过大，分析原因，并重新测定； （5）重新打开出水调节阀9，使流动处于充分发展的紊流状态，按照上述步骤重复测量两次，记录在表1中。 注意： a、每调节出水调节阀一次，均需等待几分钟，以使流动处于稳定状态； b、在关小出水调节阀的过程中，只许逐渐关小，不允许反向调节； c、随出水流量的减小，应适当调小无级调速器3，以减小溢流引发的扰动。 六、数据处理及成果要求 1．记录有关信息及实验常数 实验设备名称： 实验台号：_________ 实 验 者：李济