雷諾實驗(參考內(nèi)容)

1、雷諾實驗實驗報告姓名:史亮班級:9131011403學(xué)號:913101140327第4章雷諾實驗4.1實驗?zāi)康?) 觀察層流、紊流的流態(tài)及流體由層流變紊流、紊流變層流時的水利特征。2) 測定臨界雷諾數(shù)，掌握園管流態(tài)判別準(zhǔn)則。3) 學(xué)習(xí)應(yīng)用量綱分析法進行實驗研究的方法，了解其實用意義。4.2實驗裝置雷諾實驗裝置見圖4.1。圖4.1雷諾實驗裝置圖說明：本實驗裝置由供水水箱及恒壓水箱、實驗管道、有色水及水管、實驗臺、流量調(diào)節(jié)閥等 組成，有色水經(jīng)有色水管注入實驗管道中心，隨管道中流動的水一起流動，觀察有色水線形態(tài)判別 流態(tài)。專用有色水可自行消色。4.3實驗原理大小來判定。經(jīng)典雷諾實驗得到的下臨界值為2

2、320，工程實際中可依據(jù)雷諾數(shù)是否小于定流動是否處于層流狀態(tài)。圓管流動雷諾數(shù)：Re ? Vd翌上2 KQvn d v式中：p流體密度，kg/cm3;v流體在管道中的平均流速，cm/s;流體流動存在層流和紊流兩種不同的流態(tài)，二者的阻力性質(zhì)不相同。當(dāng)流量調(diào)節(jié)閥旋到一定位 置后，實驗管道內(nèi)的水流以流速v流動，觀察有色水形態(tài)，如果有色水形態(tài)是穩(wěn)定直線，則圓管內(nèi)流態(tài)是層流，如果有色水完全散開，則圓管內(nèi)流態(tài)是紊流。而定量判別流體的流態(tài)可依據(jù)雷諾數(shù)的2000來判(4.1)d管道內(nèi)徑，cm;卩一一動力粘度，Pa?s;v運動粘度，v , cm2/s；PQ流量，cm3/s;4K常數(shù)，K, s/cm3。n d v4

3、.4實驗方法與步驟1）記錄及計算有關(guān)常數(shù)。管徑 d = 1.37 cm,水溫 t=14.8 C水的運動粘度 v =0.01775 = 0.01147 cm2/s10.0337t0.000221t4常數(shù) K= 81.03 s/cm3n d v2）觀察兩種流態(tài)。滾動有色水塑料管上止水夾滾輪，使有色水流出，同時，打開水箱開關(guān)，使水箱充滿水至溢流，待實驗管道充滿水后，反復(fù)開啟流量調(diào)節(jié)閥，使管道內(nèi)氣泡排凈后開始觀察兩種流態(tài)。關(guān)小流量調(diào) 節(jié)閥，直到有色水成一直線（接近直線時應(yīng)微調(diào)后等待幾分鐘），此時，管內(nèi)水流的流態(tài)是層流，之后逐漸開大調(diào)節(jié)閥，通過有色水線形態(tài)的變化觀察層流轉(zhuǎn)變到紊流的水力特征，當(dāng)有色水完全

4、散 開時，管內(nèi)水流的流態(tài)是紊流。再逐漸關(guān)小流量調(diào)節(jié)閥，觀察由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯乃μ卣鳌?）測定下臨界雷諾數(shù)。I、 將調(diào)節(jié)閥打開，使管中水流呈紊流（有色水完全散開），之后關(guān)小調(diào)節(jié)閥，使流量減小。 當(dāng)有色水線擺動或略彎曲時應(yīng)微調(diào)流量調(diào)節(jié)閥，且微調(diào)后應(yīng)等待穩(wěn)定幾分鐘，觀察有色線是否為直線，當(dāng)流量調(diào)節(jié)到使有色水在全管中剛好呈現(xiàn)出一條穩(wěn)定的直線時，即為下臨界狀態(tài)；停止調(diào)節(jié)流 量，用體積法或重量法測定此時的流量，測記水溫，并計算下臨界雷諾數(shù)。將數(shù)據(jù)填入表4.1中。II、 測完一組數(shù)據(jù)后重復(fù)上述步驟測定另外2組數(shù)據(jù)。測定下一組數(shù)據(jù)前一定要確保開始狀態(tài) 為紊流流態(tài)，且調(diào)節(jié)流量時只能逐步關(guān)小而不能回調(diào)。測定臨界

5、雷諾數(shù)必須在剛好呈現(xiàn)出一條穩(wěn)定直線時測定。為了觀察到臨界狀態(tài)，調(diào)節(jié)流量時幅度要小，每調(diào)節(jié)閥門一次，均須等待穩(wěn)定時間幾 分鐘。4）測定上臨界雷諾數(shù)。當(dāng)流態(tài)是層流時，逐漸開啟閥門，使管中水流由層流過度到紊流，當(dāng)有色水線剛好完全散開時即為上臨界狀態(tài)。停止調(diào)節(jié)流量，用體積法或重量法測定此時的流量，測記水溫，并計算上臨界雷 諾數(shù)。測定上臨界雷諾數(shù)1-2次。操作要領(lǐng)與注意事項： 、測定下臨界雷諾數(shù)時，務(wù)必先增大流量，確保流態(tài)處于紊流狀態(tài)。之 后逐漸減小閥門開度，當(dāng)有色線擺動時，應(yīng)停止調(diào)節(jié)閥門開度，等待1分鐘后，觀察有色線形態(tài),之后繼續(xù)微調(diào)再等待 1分鐘，直到有色線剛好為直線時，才是紊流變到層流的下臨界狀態(tài)

6、。注意等 待時間要足夠，微調(diào)幅度要小，否則，測不到臨界值。、只能單一方向調(diào)節(jié)閥門，不能回調(diào)，錯 過臨界點必須重做。、實驗時，不要觸碰實驗臺，以免流動受到外界擾動影響。4.5實驗成果與分析記錄及計算數(shù)據(jù)至下表中：表4.1雷諾數(shù)測定數(shù)據(jù)表實 驗 次 數(shù)有色 水線 形態(tài)體積法測流量雷諾數(shù)艮閥門開度備注水體積V（cm3）時間T(s)流量Q (cH7s )1穩(wěn)定90045.2619.8916121547測下臨界值測定下2直線93050.8318.301483.5時 減小臨界 雷諾數(shù)34完全散開9007.81115.249338測上臨界值 時 增大測定上 臨界雷諾數(shù)5直線擺動67894.6實驗分析與討論1

7、）流態(tài)判據(jù)為何不采用臨界流速而選用無量綱參數(shù)雷諾數(shù)？答：流速只能代表慣性力。雷諾數(shù)是慣性力與粘性力之比。判斷一個流態(tài)是層流還是湍流要看它的 雷諾數(shù)是否超過臨界雷諾數(shù)。只看速度是不夠的，比如兩個相同速度的流動，一個在光滑的管內(nèi)進 行，一個在粗糙的管內(nèi)進行，則光滑管中的可能保持為層流，而粗糙管中的可能已是湍流。可見速 度并不能說明問題的實質(zhì)。 雷諾實驗完成了 K值的測定，以及是否為常數(shù)的驗證。結(jié)果得到K=2320。 于是，無量綱數(shù)Vd/便成了適合于任何管徑，任何牛頓流體的流態(tài)轉(zhuǎn)變的判據(jù)。因此，選用無量 綱參數(shù)雷諾數(shù)而不采用臨界流速。2）為何采用下臨界雷諾數(shù)作為層流與紊流的判據(jù)而不采用上臨界雷諾數(shù)？

8、實測下臨界雷諾數(shù) （平均值）為多少？與下臨界雷諾數(shù)公認值（2320 ）進行比較，并分析原因。答：（1）根據(jù)實驗測定，上臨界雷諾數(shù)實測值在30005000范圍內(nèi)，與操作快慢，水箱的紊動度，外界干擾等密切相關(guān)。有關(guān)學(xué)者做了大量實驗，有的得12000，有的得20000。有的甚至得40000。實際水流中，干擾總是存在的故上臨界雷諾數(shù)為不定值，無實際意義。只有下臨界雷諾數(shù)才可以作為判別流態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)，凡水流數(shù)小于下臨雷諾數(shù)者為層流；（2）實測下臨界雷諾數(shù)為1547.5比下臨界雷諾數(shù)公認值（2320）偏小。P vd vd 4q由下臨界雷諾數(shù)公式ReKQ口 v n d v由于K0.01775v = 210.03

9、37t0.000221tK對雷諾數(shù)的影響忽略。K只由管徑與水溫決定，且管徑水溫已知，所以所以Q偏小。由于肉眼觀察誤差較大，當(dāng)有色水在全管中呈現(xiàn)出一條穩(wěn)定的直線后仍在關(guān)小調(diào) 節(jié)閥，導(dǎo)致測的的流量偏小所致。另一方面，在用量筒測量水量時，可能有部分水殘余在漏斗里導(dǎo)致最后流量偏少。此外，桌子的抖動使得管中直線看似不穩(wěn)，所以會繼續(xù)調(diào)小調(diào)節(jié)閥導(dǎo)致測的流量偏小。3) 仔細觀察實驗轉(zhuǎn)涙過程，分析由層流過渡到紊流的機理。答：從紊動機理實驗的觀察可知，異重流(分層流)在剪切流動情況下，分界面由于擾動引發(fā)細微 波動，并隨剪切流速的增大，分界面上的波動增大，波峰變尖，以至于間斷面破裂而形成一個個小 旋渦。使流體質(zhì)點產(chǎn)

10、生橫向紊動。正如在大風(fēng)時，海面上波浪滔天，水氣混摻的情況一樣，這是高 速的空氣和靜止的海水這兩種流體的界面上，因剪切流動而引起的界面失穩(wěn)的波動現(xiàn)象。由于園管 層流的流速按拋物線分布，過流斷面上的流速梯度較大，而且因壁面上的流速恒為零。相同管徑下,如果平均流速越大，則梯度越大，即層間的剪切流速越大，于是就容易產(chǎn)生紊動。紊動機理實驗所 見的波動t破裂t旋渦t質(zhì)點紊動等一系列現(xiàn)象，便是流態(tài)從層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯倪^程顯示。4) 了解下表中層流和紊流在運動學(xué)和動力學(xué)特性方面的差異，并分析為何可以依據(jù)有色水線形態(tài)(有色水形態(tài)有：穩(wěn)定直線，穩(wěn)定略彎、旋轉(zhuǎn)、斷續(xù)、直線抖動，完全散開)判別層流和紊流？表4.2層流和紊流在運動學(xué)和動力學(xué)特性方面的差異流態(tài)運動學(xué)特性動力學(xué)特性層流a) 質(zhì)點有規(guī)律地作分層流動。b) 斷面流速按拋物線分布。c) 運動要素?zé)o脈動現(xiàn)象。a) 流層間無質(zhì)量傳輸。b) 流層間無動量交換。c) 單位質(zhì)量的能量損失與流速的一次方 成正比。紊流a) 質(zhì)點互相混慘作無規(guī)則運 動。b) 斷面速度按指數(shù)規(guī)律分布。c) 運動要素發(fā)生不規(guī)則的脈 動現(xiàn)象。a) 流層間有質(zhì)量傳輸。b) 流層間存在動量交換。c) 單位質(zhì)量的能量損失與流