流體流動(dòng)形態(tài)的觀察與測定.

1、流體流動(dòng)形態(tài)的觀察與測定（雷諾實(shí)驗(yàn)） 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1、 實(shí)際觀察流體在管內(nèi)作層流、湍流流動(dòng)時(shí)的流動(dòng)形態(tài)，并觀察層流和湍流時(shí)的速度分布形 式。 2、確立雷諾準(zhǔn)數(shù)與層流和湍流的聯(lián)系，并測出臨界雷諾準(zhǔn)數(shù)的大小。 3、初步掌握流動(dòng)形態(tài)對(duì)化工過程的影響。 4、了解溢流裝置的結(jié)構(gòu)和作用，熟悉轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量校正方法。 二、實(shí)驗(yàn)原理的說明： 1、 液體作滯流流動(dòng)時(shí)，其質(zhì)點(diǎn)作直線運(yùn)動(dòng)，且互相平行；湍流時(shí)質(zhì)點(diǎn)紊亂地向各個(gè)方向作不 規(guī)則運(yùn)動(dòng)，但流體的主體向一定的方向流動(dòng)。 2、 利用少量的帶色指示液加入透明的玻璃管中，即通過指示液的流動(dòng)形態(tài)來確定管道中流體 的流動(dòng)形態(tài)。 3、 雷諾準(zhǔn)數(shù)是確定流體流動(dòng)類型的準(zhǔn)數(shù)

2、。若流體在圓形管子內(nèi)流動(dòng)，則雷諾準(zhǔn)數(shù)用下式表示。 u dVsd Re s 式中：d 管子內(nèi)徑m; s管子的橫截面積m2; u 管內(nèi)流速m/s; p流體密度kg/m3; 卩流體粘度Pas; Vs 流體的流量m 3/s 對(duì)于一定溫度的流體，在特定的圓管內(nèi)流動(dòng)，雷諾準(zhǔn)數(shù)（Re）僅與流速有關(guān)。改變流量， 即可改變流速，也可改變流動(dòng)的形態(tài)。當(dāng)流體的流動(dòng)形態(tài)由層流轉(zhuǎn)變?yōu)檫^渡流或湍流時(shí)，其 雷諾準(zhǔn)數(shù)即為臨界雷諾準(zhǔn)數(shù)；而其流速即是臨界流速。當(dāng)管內(nèi)流速高于臨界值時(shí)，即有可能 轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鳌?三、設(shè)備及流程說明 實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，圖中大槽為水槽，試驗(yàn)時(shí)水即由此進(jìn)入玻璃管 （玻璃管系觀察流體流動(dòng)的 形態(tài)和層流時(shí)導(dǎo)管中

3、流速分布之用）。槽內(nèi)之水由自來水管供給，水量由閥A調(diào)節(jié)，槽內(nèi)設(shè) 有進(jìn)水穩(wěn)流襲置及溢流箱。用以維持平穩(wěn)而又恒定的液面，多余之水由溢流管排入水溝。 試驗(yàn)時(shí)打開閥C,水即由高位槽進(jìn)入玻璃管，經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)后，排向排水管，可用C閥調(diào)節(jié) 水量，流量由轉(zhuǎn)子流量計(jì)測出。 高位墨水瓶供貯存墨水之用，墨水由此經(jīng)閥B流入玻璃管，閥B即墨水量的調(diào)節(jié)閥。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1、 檢查水箱5中是否有水，高位墨水瓶中是否有沉淀；轉(zhuǎn)子流量計(jì)中轉(zhuǎn)子是否在下部，針孔 有無堵塞。在測試時(shí)，必須保證有溢流現(xiàn)象. 2、觀摩層流、湍流流動(dòng)形態(tài)和層流、湍流時(shí)的速度分布。 1） 打開閥門C,并打開墨水液閥門 B，此時(shí)從針頭中即可流出紅色的指示液

4、。當(dāng)指示液呈一 條直線向下流出時(shí)，即表明流動(dòng)狀態(tài)是層流。逐漸開大閥門C,當(dāng)流量增大到一定值時(shí)，原 來表現(xiàn)出直線狀的指示液，會(huì)變成不穩(wěn)定的曲線狀或散亂現(xiàn)象。此時(shí)流動(dòng)狀態(tài)即為湍流。 2）關(guān)閉閥門B和閥門C,然后將閥門B突然打開一段時(shí)間，使玻璃管上端充滿紅色的指示 液，然后關(guān)閉閥門 B,而打開閥門 C,則指示液向下流動(dòng)，同時(shí)其前部呈拋物線狀，或者較 平的曲線狀。拋物線即為層流時(shí)的速度分布，較平的曲線狀，即為湍流時(shí)的速度分布。觀察 完畢后，關(guān)上閥門 B和閥門C。 3、測定臨界雷諾準(zhǔn)數(shù) Wig 圖21雷諾實(shí)驗(yàn)裝置流程圖 1、墨水瓶；2、進(jìn)水穩(wěn)流裝置；3、溢流箱；4、溢流管； 5、高位水槽；6、排水管；7

5、、轉(zhuǎn)子流量計(jì)；8觀察玻璃管； 1） 測定水箱液面較平靜時(shí)的臨界雷諾準(zhǔn)數(shù) Rei。使水箱中充滿水，然后關(guān)閉閥門 A。放置一 段時(shí)間后（即水面無波動(dòng)時(shí)），開啟閥門C和B（注意：B閥門不可開得太大）。開始測試和記錄 指示液由直線到散亂狀的流量值，并要注意記錄指示液由直線轉(zhuǎn)變成曲線狀時(shí)的值。然后關(guān) 閉閥門B和C。 2） 測定在水箱中液位不變的情況下的臨界雷諾準(zhǔn)數(shù)Rei。，開啟閥門A，使水箱中充滿水。 并保持溢流。此時(shí)，重新打開閥門B和閥門C，重復(fù)上面的測試工作和數(shù)據(jù)記錄。 五、操作注意事項(xiàng)： 1、 當(dāng)測定水面平靜時(shí)的臨界雷諾值Rei時(shí)，由于水箱不進(jìn)水，水箱中的液位逐漸下降，流量 也會(huì)隨時(shí)間的推移而逐漸

6、減小。因此當(dāng)需固定某一流量觀察流形時(shí)，應(yīng)逐漸開大閥門C，以 保證管內(nèi)流量穩(wěn)定在某一數(shù)值. 2、開自進(jìn)水閥時(shí)，要控制在保持少量溢流即可，不可過大，以免水箱液面劇烈波動(dòng)而影響測 試數(shù)據(jù)。 3、實(shí)驗(yàn)完畢后，將管道中的有色液體排空，并沖洗干凈。 六、數(shù)據(jù)整理 設(shè)備編號(hào)；管子內(nèi)徑 mm ；水溫oC 序號(hào) 流量 m3/s 流速 m/s 計(jì)算雷諾數(shù) 根據(jù)Re判斷的流 型 實(shí)際觀察的流型 液面 平靜 匚 2 3 4 5 保持 溢流 1 2 3 4 5 七、思考題 1、影響流動(dòng)形態(tài)的因素有哪些 ？ 2、 如果管子是不透明的，不能用直接觀察來判斷管中流動(dòng)形態(tài)，你認(rèn)為可以用什么方法來到 斷管中的流動(dòng)形態(tài)？ 3、 有人說可以只用流速來判斷管中流動(dòng)形態(tài)，流速低于某一具體數(shù)值時(shí)是層流，否則是湍