雷诺实验

§1-1 雷诺实验一、实验目的1.观察流体流动时各种流动型态；2.观察层流状态下管路中流体速度分布状态；3.测定流动型态与雷诺数Re 之间的关系及临界雷诺数值。

二、实验原理概述流体在流动过程中有两种截然不同的流动状态，即层流和湍流。

它取决于流体流动时雷诺数.Re 值的大小。

雷诺数：Re = dυρ/μ式中：d －管子内径，mυ－流体流速，m.s-1ρ－流体密度，kg .m-3μ－流体粘度，kg .m−1 . s−1实验证明，流体在直管内流动时，当Re ≤2000时属层流；Re ≥4000时属湍流；当Re 在两者之间时，可能为层流，也可能为湍流。

流体于某一温度下在某一管径的圆管内流动时，Re 值只与流速有关。

本实验中，水在一定管径的水平或垂直管内流动，若改变流速，即可观察到流体的流动型态及其变化情况，并可确定层流与湍流的临界雷诺数值。

三、装置和流程本实验装置和流程图如下图。

图1 流体流动型态测定装置流程图水由高位槽1，流经观察管2，流量调节阀5，流量计6，然后排入地沟。

示踪物（墨水）由墨水瓶3 经墨水阀4，管2 至地沟。

其中1 为水槽，2 为玻璃观察管，3 为墨水瓶，4、5 为阀，6 为转子流量计。

四、操作步骤一、测定不同流动形态时的雷诺数：1）检查所有阀门处于关闭状态，向墨水瓶内注入墨水（示踪剂）。

2）将高位槽注满水。

3）待溢流管内有水流出时，调节进水龙头开度，使溢流管内有少量溢流。

（溢流管内有少量溢流即可，否则会影响雷诺准数的测定）。

4）打开“排气阀”，待墨水流出，关闭“排气阀”，打开墨水阀”，调节墨水流量至墨水呈细线状。

5）稍稍打开“流量调节阀5”，使墨水呈稳定直线状流动后，记录流量计的读数。

6）从50 L/h开始，从小到大调节，逐渐加大水量，并同时调节墨水阀，每调节一次记录流量计读数和观察到的流动形态。

记录墨水线开始波动以及墨水与清水全部混合时的流量计读数。

7）当流量超过300 L/h后，再将水量由大变小，重复以上观察，并记录各转折点处的流量计读数。

第二章化工原理实验实验一、雷诺实验一、实验目的：1．建立“滞流和湍流两种流动形态”的感性认识；2．观察雷诺准数与流体流动类型的相互关系；3．观察滞流时流体在圆管内的速度分布曲线；二、实验原理：1．滞流时，流体质点做直线运动，即流体分层流动，与周围的流体无宏观的混合，湍流时，流体质点呈紊乱地向各方向作随机的脉动，流体总体上仍沿管道方向流动。

2．雷诺准数是判断实际流动类型的准数。

若流体在圆管内流动，则雷诺准数可用下式表示：（2-1）一般认为，当Re≤2000时，流体流动类型属于滞流；当Re≥4000时，流动类型属于湍流；而Re值在2000～4000范围内是不稳定的过渡状态，可能是层流也可能是湍流，取决于外界干扰条件。

如管道直径或方向的改变、管壁粗糙，或有外来振动等都易导致湍流。

3．对于一定温度的流体，在特定的圆管内流动，雷诺准数仅与流速有关。

本实验是改变水在管内的速度，观察在不同雷诺准数下流体流型的变化。

理论分析和实验证明,滞流时的速度沿管径按抛物线的规律分布。

中心的流速最大，愈近管壁流速愈慢。

湍流时由于流体质点强烈分离与混合，所以速度分布曲线不再是严格的抛物线，湍流程度愈剧烈，速度分布曲线顶部的区域愈广阔而平坦，但即使湍流时，靠近管壁区域的流体仍作滞流流动，这一层称为滞流内层或滞流底层，。

它虽然极薄，但在流体中进行热量和质量的传递时，产生的阻力比流体的湍流主体部分要大得多。

三、实验装置及流程：1．实验装置示意图及流程图2-1 雷诺实验——装置示意图及流程1．溢流管；2．小瓶；3．上水管；4．细管；5．水箱；6．水平玻璃管；7．出口阀门实验装置如图2-1所示，图中水箱内的水由自来水管供给，实验时水由水箱进入玻璃管（玻璃管供观察流体流动形态和滞流时管路中流速分布之用）。

水量由出口阀门控制，水箱内设有进水稳流装置及溢流管，用以维持平稳而又恒定的液面，多余水由溢流管排入下水道。

2．实验仿真界面图2-2 雷诺实验——仿真界面四、实验步骤：1、实验步骤（1）雷诺实验1）打开进水阀，使自来水充满高位水箱；2）待有溢流后，打开流量调节阀；3）缓慢地打开红墨水调节阀；4）调节流量调节阀，并注意观察滞流现象；5）逐渐加大流量调节阀的开度，并注意观察过渡流现象；6）进一步加大流量调节阀的开度，并注意观察湍流现象；7）由孔板流量计测得流体的流量并计算出雷诺准数；8）关闭红墨水调节阀，然后关闭进水阀，待玻璃管中的红色消失，关闭流量调节阀门，结束本次实验。

实验四 流动状态实验----雷诺实验一、实验目的1. 观察层流和紊流的流态及其转换特征;2. 通过临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则;3. 学习在流体力学中应用无量纲参数进行试验研究的方法，并了解其使用意义。

二、实验原理1、实际流体的流动会呈现出两种不同的型态：层流和紊流，它们的区别在于：流动过程中流体层之间是否发生混掺现象。

在紊流流动中存在随机变化的脉动量，而在层流流动中则没有，如图1所示。

2、圆管中恒定流动的流态转化取决于雷诺数。

雷诺根据大量实验资料，将影响流体流动状态的因素归纳成一个无因次数，称为雷诺数Re ，作为判别流体流动状态的准则Re dυγ=式中 υ——流体断面平均流速 , s cmd ——圆管直径 , cmγ——流体的运动粘度 , s cm 2在本实验中，流体是水。

水的运动粘度与温度的关系可用泊肃叶和斯托克斯提出的经验公式计算20.017810.03370.000221t tγ=++ 式中 γ——水在t C ︒时的运动粘度，cm 2；t ——水的温度，C ︒。

3、判别流体流动状态的关键因素是临界速度。

临界速度随流体的粘度、密度以及流道的尺寸不同而改变。

流体从层流到紊流的过渡时的速度称为上临界流速，从紊流到层流的过渡时的速度为下临界流速。

4、圆管中定常流动的流态发生转化时对应的雷诺数称为临界雷诺数，对应于上、下临界速度的雷诺数，称为上临界雷诺数和下临界雷诺数。

上临界雷诺数表示超过此雷诺数的流动必为紊流，它很不确定，跨越一个较大的取值范围。

而且极不稳定，只要稍有干扰，流态即发生变化。

上临界雷诺数常随实验环境、流动的起始状态不同有所不同。

因此，上临界雷诺数在工程技术中没有实用意义。

有实际意义的是下临界雷诺数，它表示低于此雷诺数的流动必为层流，有确定的取值。

通常均以它作为判别流动状态的准则，即Re < 2320 时，层流Re > 2320 时，紊流该值是圆形光滑管或近于光滑管的数值，工程实际中一般取Re = 2000。

5实验二雷诺实验一、实验目的1、观察流体在管内流动的两种不同流动型态。

2、测定临界雷诺数R ec 。

二、实验原理流体流动有两种不同型态，即层流（或称滞流）和紊流（或称湍流），这一现象最早是由雷诺（Reynolds ）于1883年首先发现的。

流体作层流流动时，其流体质点作平行于管轴的直线运动，且在径向无脉动；流体作紊流流动时，其流体质点除沿管轴方向作向前运动外，还在径向作脉动，从而在宏观上显示出紊乱地向各个方向作不规则的运动。

流体流动型态可用雷诺数（Re ）来判断，这是一个由各影响变量组合而成的无因次数群，故其值不会因采用不同的单位制而不同。

但应当注意，数群中各物理量必须采用同一单位制。

若流体在圆管内流动，则雷诺数可用下式表示：μνρd =Re （16-1）式中：Re —雷诺数，无因次；d —管子内径，m ；v —流体在管内的平均流速，m ／s ；ρ—流体密度，kg ／m 3；μ—流体的动力粘滞系数；Pa·s 。

层流转变为紊流时的雷诺数称为临界雷诺数，用R ek 表示。

工程上一般认为，流体在直圆管内流动时，当Re <2000时为层流；当Re >4000时，圆管内已形成紊流；当Re 在2000至4000范围内，流动处于一种过渡状态，可能是层流，也可能是紊流，或者是二者交替出现，这要视外界干扰而定，一般称这一Re 数范围为过渡区。

式（1）表明，对于一定温度的流体，在特定的圆管内流动，雷诺数仅与流体流速有关。

本实验即是通过改变流体在管内的速度，观察在不同雷诺数下流体的流动型态。

三、实验装置与设备参数装置主要由玻璃试验导管、流量计、流量调节阀、低位贮水槽、循环水泵、稳压溢流水槽等部分组成，演示主管路为220⨯φmm 硬质玻璃。

实验装置如图16-1所示：四、实验方法：实验前，先将水充满低位贮水槽，关闭流量计后的调节阀，然后启动循环水泵。

待水充满稳压溢流水槽后，开启流量计后的调节阀。

水由稳压溢流水槽流经缓冲槽、试验导管和流量计，最后流回低位贮水槽。