2020年雷诺实验实验报告范例.pdf

雷诺实验

实验的目的和要求

观察层流，湍流的流态及其转换过程；

测定临界雷诺数，掌握圆管流态判别方法；

学习应用量纲分析法进行实验研究的方法，确定非圆管流态判别准数。

实验装置说明与操作方法

供水流量由无极调速器调控，使恒压水箱始终保持微溢流的状态，以提高进口前水体

的稳定度。

本恒压水箱设有多道稳水隔板，可使稳水时间缩短到3到5分钟。

有色水注入到实验管道，可根据有色水散开与否判别流态。

为防止自循环水污染，有色水采用自行消色的专用色水。实验流量可由尾阀调节。

实验原理

1883年，雷诺(OsborneReynolds)采用类似于本实验的实验装置，观察到液流中存在

着层流和湍流两种流态流速较小时，水流有条不紊的呈现层状有序的直线运动，流层间没

有质点掺混，这种流态称为层流；当流速增大时，流体质点做杂乱无章的无序的直线运动，流

层间质点掺混，这种流态称为湍流。

雷诺实验还发现存在着湍流转变为层流的临界流速v。

V。与流体的粘性，圆管的直径d有关。若要判别流态，就要确定各种情况下的V。

值，需

要对这些相关因素的不同量值作出排列组合再分别进行实验研究，工作量巨大。

雷诺实验的

贡献不仅在于发现了两种流态，还在于运用量纲分析的原理，得出了量纲为一的判据

雷

诺数Re,使问题得以简化。量纲分析如下因

Vcf(V,d)

根据量纲分析法有

12

Vckc1d2

其中kc是量纲为一的数，写成量纲关系为

12112

LT1L2T1L

由量纲和谐原理，得11,2

由量纲和谐原理，得11,2

1。

Vckc或kcdVcd雷诺实验完成了管流的流态从湍流过度到层流是的临界值kc值的测

定，以及是否为常数的

Vckc或kc

d

Vcd

雷诺实验完成了管流的流态从湍流过度到层流是的临界值

kc值的测定，以及是否为常数的

验证，结果表明kc值为常数。于是，量纲为一的数

vd

便成了适合于任何管径，任何牛

顿流体的流态由湍流转变为层流的判据。由于雷诺的贡献，

vd

定名为雷诺数

Re。于是

Re

vd

4qv

d

Kqv

式中，v流体速度；

—流体的运动粘度；（书中用表示，很近似于流体速度，故用此表示）

d圆管直径；

qv圆管内过流流量；

K计算常数，K

当流量由大逐渐变小，流态由湍流变为层流，对应一个下临界雷诺数Rec1，当流量

由

11一

逐渐增大，流态从层流变为湍流，对应一个上临界雷诺数Rec。上雷诺临界数受外界干

扰，数值不稳定，而下临界雷诺数Rec1值比较稳定，因此一般以下临界雷诺数作为判

别流

态的标准。雷诺经反复测试，得出圆管流动的下临界雷诺数Rec1值为23。工程上，

一般

取ReJ=2。当ReRec1时，管中流态为层流，反之，为湍流。

对于非圆管流动，雷诺数可以表示为

vR

Re

A过流断面面积；

X湿周（过流断面上液体与固体边界接触的长度）

以水力半径作为特征长度表示的雷诺数也成为广义雷诺数。

四．实验内容与方法

1．定型观察两种流态启动水泵供水，使水箱溢流，经稳定后，微开流量调节阀，打开

颜色水管道的阀门，注入颜色水，可以看到圆管中颜色水随水流流动形成一条直线，这时

的流态为层流。

进一步开大流量调节阀，流量增大到一定程度，可见管流中颜色水发生掺混，直至消

色。表明流体质点已经发生无序的杂乱运动，这时的流态即为湍流。

想一想应在管道的哪个部位观察流态？为什么？

测定下临界雷诺数先调节管中流态呈湍流状，再逐步关