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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。
学号姓名实验一雷诺实验一、基本原理雷诺（Reynolds）用实验方法研究流体流动时，发现影响流动类型的因素除流速u外，尚有管径（或当量管径）d，流体的密度ρ及粘度μ，并且由此四个物理量组成的无因次数群Re=duρ/μ的值是判定流体流动类型的一个标准。
Re<2000~2300时为层流Re>4000时为湍流2000<Re<4000时为过渡区，在此区间可能为层流，也可能为湍流。
二、设备参数环境参数：温度 20℃压力 101325kPa水的参数：密度 998.2kg/m3 粘度 100.5E-5Pa*s设备参数：玻璃管径：20mm三、实验步骤●打开进水阀门在输入框输入0-100的数字，也可以通过点击上下按钮调节阀门开度。
按回车键完成输入，按ESC 键取消输入。
●打开红墨水阀●打开排水阀门●查看流量点击转子流量计查看当前流体流量●观察流体流动状态点击玻璃管，通过弹出的录像查看流体的流动状态●记录数据点击画面下方的自动记录按钮，记录实验数据，也可以手动记录。
●重复第三步到第六步，记录排水阀不同开度下的流量。
四、数据处理雷诺数计算公式Re=duρ/μ从这个定义式来看，对同一仪器d为定值，故u仅为流量的函数。
对于流体水来说，ρ，μ几乎仅为温度的函数。
因此确定了温度及流量，即可唯一的确定雷诺数。
数据记录：五、注意事项1、雷诺实验要求减少外界干扰，严格要求时应在有避免振动设施的房间内进行，由于条件不具备演示实验也可以在一般房间内进行，因为外界干扰及管子粗细不均匀等原因，层流的雷诺数上界到不了2300，只能到1600左右。
2、层流时红墨水成一线流下，不与水相混。
3、湍流时红墨水与水混旋，分不出界限。
雷诺实验一、实验背景1883年，雷诺通过实验发现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0V ，而0V 又与流体的粘性，圆管的直径d 有关。
若要判别流态，就要确定各种情况下的0V 值。
雷诺运用量纲分析的原理，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，得出了无量纲数——雷诺数e R ，以此作为层流与紊流的判别依据，使复杂问题得以简化。
经反复测试，雷诺得出圆管流动的下临界雷诺数值为2320，工程上，一般取之为2000。
当e R <2320时，管中流态为层流，反之，则为湍流。
雷诺简介奥斯本 雷诺（Osborne Reynolds)，英国力学家、物理学家和工程师。
1842年8月23日生于北爱尔兰的贝尔法斯特，1912年2月21日卒于萨默塞特的沃切特。
1867年毕业于剑桥大学王后学院。
1868年出任曼彻斯特欧文学院（以后改名为维多利亚大学）的首席工程学教授，1877年当选为皇家学会会员，1888年获皇家勋章，1905年因健康原因退休。
他是一位杰出的实验科学家，由于欧文学院最初没有实验室，因此他的许多早期试验都是在家里进行的。
他于1883年发表了一篇经典性论文──《决定水流为直线或曲线运动的条件以及在平行水槽中的阻力定律的探讨》。
这篇文章以实验结果说明水流分为层流与紊流两种形态，并提出以无量纲数Re （后称为雷诺数）作为判别两种流态的标准。
他还于1886年提出轴承的润滑理论，1895年在湍流中引入有关应力的概念。
雷诺兴趣广泛，一生著述很多，其中近70篇论文都有很深远的影响。
这些论文研究的内容包括力学、热力学、电学、航空学、蒸汽机特性等。
他的成果曾汇编成《雷诺力学和物理学课题论文集》两卷。
雷诺实验实验报告姓名：史亮班级：9131011403学号：913101140327第4章 雷诺实验4.1 实验目的1) 观察层流、紊流的流态及流体由层流变紊流、紊流变层流时的水利特征。
2) 测定临界雷诺数，掌握园管流态判别准则。
3) 学习应用量纲分析法进行实验研究的方法，了解其实用意义。
4.2 实验装置雷诺实验装置见图4.1。
图4.1 雷诺实验装置图说明：本实验装置由供水水箱及恒压水箱、实验管道、有色水及水管、实验台、流量调节阀等组成，有色水经有色水管注入实验管道中心，随管道中流动的水一起流动，观察有色水线形态判别流态。
专用有色水可自行消色。
4.3 实验原理流体流动存在层流和紊流两种不同的流态，二者的阻力性质不相同。
当流量调节阀旋到一定位置后，实验管道内的水流以流速v 流动，观察有色水形态，如果有色水形态是稳定直线，则圆管内流态是层流，如果有色水完全散开，则圆管内流态是紊流。
而定量判别流体的流态可依据雷诺数的大小来判定。
经典雷诺实验得到的下临界值为2320，工程实际中可依据雷诺数是否小于2000来判定流动是否处于层流状态。
圆管流动雷诺数：e R KQ d Qvd vd ====νπνμρ4 （4.1） 式中：ρ──流体密度，kg/cm 3；v ──流体在管道中的平均流速，cm/s ；d ──管道内径，cm ； μ──动力粘度，Pa •s ；ν──运动粘度，ρμν=，cm 2/s ； Q ──流量，cm 3/s ；K ──常数，νπd K 4=，s/cm 3。
4.4 实验方法与步骤1) 记录及计算有关常数。
管径 d = 1.37 cm, 水温 t = 14.8 ℃ 水的运动粘度 ν=2000221.00337.0101775.0tt ++= 0.01147 cm 2/s 常数 νπd K 4== 81.03 s/cm 3 2) 观察两种流态。
滚动有色水塑料管上止水夹滚轮，使有色水流出，同时，打开水箱开关，使水箱充满水至溢流，待实验管道充满水后，反复开启流量调节阀，使管道内气泡排净后开始观察两种流态。
雷诺实验的分析与总结1. 引言雷诺实验是流体力学中一种重要的实验方法，用于研究流体在不同条件下的流动行为。
本文将对雷诺实验的原理、实验装置以及实验参数等进行详细分析，并总结实验结果和得出结论。
2. 雷诺实验原理雷诺实验原理基于雷诺数的概念，雷诺数（Reynolds number）是衡量流体流动稳定性和湍流发展的一个无量纲参数。
当雷诺数小于临界值时，流体流动是稳定的；当雷诺数超过临界值时，流体流动将变得湍流。
3. 雷诺实验装置雷诺实验装置主要由流动槽、流体加装设备、测量仪器等组成。
3.1 流动槽流动槽通常由透明材料制成，以便观察流体的流动状态。
其主要功能是提供一个稳定的流动环境，减少外界干扰因素。
3.2 流体加装设备流体加装设备是指用于向流动槽注入流体的装置，通常包括水泵、阀门等。
通过控制流体的注入速度和流量，可以实现不同条件下的流动实验。
3.3 测量仪器测量仪器用于实时监测和记录实验过程中的流体参数，通常包括压力传感器、流量计、温度计等。
这些仪器能够提供准确的实验数据，为后续的分析提供依据。
4. 实验参数雷诺实验中的主要参数包括流速、长度尺寸、粘性系数等。
4.1 流速流速是指单位时间内流经一个横截面的流体体积。
在雷诺实验中，改变流速可以调节雷诺数，从而实现不同条件下的流动变化。
4.2 长度尺寸长度尺寸是指流体流动过程中产生的特征长度。
在雷诺实验中，改变长度尺寸可以调节雷诺数，进而观察流动形态的变化。
4.3 粘性系数粘性系数是流体流动中表征流体黏性的参数。
在雷诺实验中，改变粘性系数可以模拟不同流体的流动行为，从而研究流体黏性对流动稳定性的影响。
5. 实验过程与结果根据上述原理和参数，进行了一系列的雷诺实验。
首先，通过调节流速，观察到流体从层流到湍流的转变。
实验结果表明，随着雷诺数的增大，流体流动由层流过渡到湍流，流动速度增加。
其次，通过调节长度尺寸，观察到对不同尺寸的物体进入流体中的流动行为进行了观察。
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。
雷诺实验一、实验目的1.1观察流体在管内流动的不同型态；1.2确定临界雷诺数。
二、基本原理流体流动有两种不同的型态，即层流与湍流。
流体作层流流动时，其流体质点作平行于管轴的直线运动，湍流时流体质点在沿管轴流动的同时还作者杂乱无章的随机运动。
雷诺数是判断流动型态的特征数。
雷诺数小于2000时，流动型态为层流；雷诺数大于4000时，流动为湍流；雷诺数在两者之间时，有时为层流，有时为湍流，与环境有关。
本实验通过改变水在管内的流速，观察流体在管内的流动型态的变化。
三. 装置的主要技术数据及计算方法：实验管道有效长度: L＝600 mm外径: Do＝30 mm内径: Di＝24.2mm四. 实验装置流程和实验方法：实验装置流程如图一所示。
1. 实验前的准备工作(1) 必要时调整红水细管4的位置,使它处于实验管道6的中心线上。
(2) 向红水储瓶 2 中加入适量的用水稀释过的红墨水。
(3) 关闭流量调节阀10、7、9,打开进水阀3,使自来水充满水槽,•并使其有一定的溢流量。
(4) 轻轻打开阀门10,让水缓慢流过实验管道。
使红水全部充满细管道中。
2. 雷诺实验的过程(1) 同上面的三.1.(3)。
(2) 同上面的三.1.(4)。
(3) 调节进水阀,维持尽可能小的溢流量。
(4) 缓慢地适当打开红水流量调节夹 ,即可看到当前水流量下实验管内水的流动状况（层流流动如下图二示）。
读取流量计的流量并计算出雷诺准数。
图二、层流流动示意图(5) 因进水和溢流造成的震动,有时会使实验管道中的红水流束偏离管的中心线,或发生不同程度的左右摆动. 为此, 可突然暂时关闭进水阀3, 过一会儿之后即可看到实验管道中出现的与管中心线重合的红色直线。
(6) 增大进水阀3 的开度，在维持尽可能小的溢流量的情况下提高水的流量。
并同时根据实际情况适当调整红水流量,即可观测其他各种流量下实验管内的流动状况。
为部分消除进水和溢流造成的震动的影响,在滞流和过渡流状况的每一种流量下均可采用四. 2.(5)中讲的方法,突然暂时关闭进口阀 3 ,然后观察管内水的流动状况（过渡流、湍流流动如图三示）。
雷诺实验一、实验背景1883年，雷诺通过实验发现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0V ，而0V 又与流体的粘性，圆管的直径d 有关。
若要判别流态，就要确定各种情况下的0V 值。
雷诺运用量纲分析的原理，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，得出了无量纲数——雷诺数e R ，以此作为层流与紊流的判别依据，使复杂问题得以简化。
经反复测试，雷诺得出圆管流动的下临界雷诺数值为2320，工程上，一般取之为2000。
当e R <2320时，管中流态为层流，反之，则为湍流。
雷诺简介奥斯本 雷诺（Osborne Reynolds)，英国力学家、物理学家和工程师。
1842年8月23日生于北爱尔兰的贝尔法斯特，1912年2月21日卒于萨默塞特的沃切特。
1867年毕业于剑桥大学王后学院。
1868年出任曼彻斯特欧文学院（以后改名为维多利亚大学）的首席工程学教授，1877年当选为皇家学会会员，1888年获皇家勋章，1905年因健康原因退休。
他是一位杰出的实验科学家，由于欧文学院最初没有实验室，因此他的许多早期试验都是在家里进行的。
他于1883年发表了一篇经典性论文──《决定水流为直线或曲线运动的条件以及在平行水槽中的阻力定律的探讨》。
这篇文章以实验结果说明水流分为层流与紊流两种形态，并提出以无量纲数Re （后称为雷诺数）作为判别两种流态的标准。
他还于1886年提出轴承的润滑理论，1895年在湍流中引入有关应力的概念。
雷诺兴趣广泛，一生著述很多，其中近70篇论文都有很深远的影响。
这些论文研究的内容包括力学、热力学、电学、航空学、蒸汽机特性等。
他的成果曾汇编成《雷诺力学和物理学课题论文集》两卷。
雷诺实验雷诺实验一、实验背景1883 年，雷诺通过实验发现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 ，而V 又0 0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。
0雷诺运用量纲分析的原理，对这些相关因素的不同量值作出排列组合再分别进行实，以此作为层流与紊流的判别依据，使复验研究，得出了无量纲数——雷诺数 Re杂问题得以简化。
经反复测试，雷诺得出圆管流动的下临界雷诺数值为 2320，工程上，一般取之<2320 时，管中流态为层流，反之，则为湍流。
为 2000 。
当Re雷诺简介奥斯本雷诺 (Osborne Reynolds) ，英国力学家、物理学家和工程师。
1842 年 8 月 23 日生于北爱尔兰的贝尔法斯特， 1912年 2 月 21 日卒于萨默塞特的沃切特。
1867 年毕业于剑桥大学王后学院。
1868 年出任曼彻斯特欧文学院(以后改名为维多利亚大学)的首席工程学教授， 1877 年当选为皇家学会会员， 1888年获皇家勋章， 1905 年因健康原因退休。
他是一位杰出的实验科学家，由于欧文学院最初没有实验室，因此他的许多早期试验都是在家里进行的。
他于 1883 年发表了一篇经典性论文── 《决定水流为直线或曲线运动的条件以及在平行水槽中的阻力定律的探讨》。
这篇文章以实验结果说明水流分为层流与紊流两种形态，并提出以无量纲数 Re (后称为雷诺数)作为判别两种流态的标准。
他还于 1886 年提出轴承的润滑理论， 1895 年在湍流中引入有关应力的概念。
雷诺兴趣广泛，一生著述很多，其中近 70 篇论文都有很深远的影响。
这些论文研究的内容包括力学、热力学、电学、航空学、蒸汽机特性等。
雷诺实验
一、理论概述
英国物理学家雷诺在1883 年发表的论著中，不仅通过实验确定了层流和湍流两种流动状态，而且测定了流动损失与这两种流动状态的关系。
雷诺实验装置如图1 所示。
当管2 中的水流速度较低时，如拧开颜色
水瓶4 下的阀门，便可看到一条明晰的细小的
着色流束，此流束不与周围的水相混，如图
2(a)所示。
如果将细管5 的出口移至管2 进口
的其它位置，看到的仍然是一条明晰的细小的
着色流束。
由此可以判断，管2 内的整个流场
呈一簇互相平行的流线，这种流动状态称为层
流（或片流）。
当管2 内的流速逐渐增大时，
图1 雷诺实验装置
开始着色流束仍呈清晰的细线，当流速增大到
1- 水箱；2-玻璃管；3-阀门；
一定数值，着色流束开始振荡，处于不稳定状4-颜色水瓶；5-细管；6-量筒
态，如图2(b)所示。
如果流速在稍增加，振荡
的流束便会突然破裂，着色流束在进口段的一定
距离内完全消失，而与周围的流体相混，颜
色扩散至整个玻璃管内，如图2(c)所示。
这时流
体质点作复杂的无规则的运动，这种流动状
态称为湍流（或湍流）。
由层流过渡到湍流的速度
极限值成为上临界速度，以v
表示之。
继续增大流速，将进一步增加流动的紊
乱程度。
如果管内流速自高于上临界速度逐渐降
低，则会发现，当流速降低到比上临界流速更低
的下临界速度v时，原先处于湍流状态的流动便
会稳定地转变为层流状态，着色流束重新成为一
条明晰的细小的直线。
由雷诺实验可以看出，粘性流
体存在两种流动状态－层流与湍流。
当流速超过上临界速度v'时，（c）湍流层流转变为湍流；当流速低于下临界速度v时，湍流转变为层流；当流速介于上、下临界速度之间时，流体的流动状态可能是层流也可能是湍流，与实验的起始状态和有无扰动等因
沿程损失与流速的关系
示意
雷诺曾经用3(a)
所示的简单装置测定了
沿程损失
随流速变化的规律，从
而看出沿程损失与流动
状态之间的关系。
当流
速由低到高升高时，实
验点沿OABCD 线移动；
当流速
由高到低降低时，实验点沿DCAO 线移动，见图3(b)。
如果用对数坐标整理上述实验结果，
便可得到如图3(c)所示的对应的直线变化，其方程式为：
式中k 为系数，n 为指数，均由实验确定。
实验结果证明：当，时，
'
即层流中的沿程损失与平均流速的一次方成正比；当
时，即湍流中的沿程损失与平均流速的1.75~2 次方成正比。
实验中还发现，仅靠临界速度来判别流体的流动状态和整理实验资料很不方便，因为随着流体的粘度、密度以及线性尺寸的不同，临界速度也不同。
要保证在粘滞力作用下的流动相似，两流动的雷诺数必须相等。
雷诺数正是上述诸变量的零量纲综合量，是判别流体流
动状态的准则数。
对于直径为 d 的圆截面管道,对应于临
界速度的临界雷诺数
实验结果表明，不论流体的性质和管径如何变化，下临界雷诺数Re ＝2320,上临界雷诺数可达Re=13800 ，甚至更高些。
上临界雷诺数与实验的环境条件和流动的起始状态有关。
当Re <Re时，流动为层流，当Re >Re时，流动为湍流，当
时，可能是层流，也可能是湍流，处于极不稳定的状态。
这时，即使小心实验，可以保持层流，但只要稍有扰动，层流瞬即被破坏而转变为湍流。
因此，上临界雷诺数在工程上没有实用意义，通常把下临界雷诺数Re作为判别层流和湍流的准则。
对于工业管道，一般取圆管的临界雷诺数Re=2000，当Re <2000 时，流动为层流；当Re >2000 时，即认为流动是湍流。
二、实验指导
（一）实验目的
1. 观察层流、湍流的流态及其转换特征；
2. 测定临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则；
3. 学习古典流体力学中应用无量纲参数进行实验研究的方法，并了解其实用意
义。
（二）实验装置
本实验的装置如下图所示。
供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。
本恒压水箱还设有多道稳水隔板，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。
一、实验原理
二、实验方法与步骤
1、测记本实验的有关常数。
2、观察两种流态。
打开开关3 使水箱充水至溢流水位，经稳定后，微微开启调节阀9，并注入颜色水于实验管内，使颜色水流成一条直线。
通过颜色水质点的运动观察管内水流的层流流态，然后逐步开大调节阀，通过颜色水直线的变化观察层流转变到湍流的水力特征，待管中出现完全湍流后，在逐步管小调节阀，观察有湍流转变为层流的水力特征。
3、测定下临界雷诺数。
（1）将调节阀打开，使管中呈完全湍流，再逐步关小调节阀使流量减小。
当
流量调节到使颜色水在全管刚呈现出一稳定直线时，即为下临界状态；
（2）待管中出现临界状态时，用体积法测定流量；
（3）根据所测流量计算下临界雷诺数，并与公认值（2320）比较，偏离过大，
需重测；
（4 ）重新打开调节阀，使其形成完全湍流，按照上述步骤重复测量不少于三
次；
（5）同时用水箱中的温度计测记水温，从而求得水的运动粘度。
注意：
a、每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟；
b、关小阀门过程中，只需渐小，不许开大；
c、随出水流量减小，应适当调小开关（右旋），以减小溢流量引发的扰动。
4、测定上临界雷诺数。
逐渐开启调节阀，使管中水流由层流过渡到湍流，当色水线刚开始散开时，即
为上临界雷诺状态，测定上临界雷诺数1~2 次。
三、实验成果及要求
1、记录、计算有关常数：
实验装置台号No
管径d= cm，水温t= ℃
运动粘度cm / s
计算常数K= s / cm3
2、整理、记录计算表
实验次颜色水水体积时间流量雷诺数阀门开度增
备注序线形态V( cm3 ) T(s) Q( cm3 / s ) Re ( ↑)或减( ↓)
实测下临界雷诺数（平均值）R=
注：颜色水形态指：稳定直线，稳定略弯曲，直线摆动，直线抖动，断续，完全散开等。
四、实验分析与讨论
1. 流态判据为何采用无量纲参数，而不采用临界流速？
2. 为何认为上临界雷诺数无实际意义，而采用下临界雷诺数作为层流与湍流的
判据？实测下临界雷诺数为多少？
3. 雷诺实验得出的圆管流动下临界雷诺数为2320，而目前有些教科书介绍采用
的下临界雷诺数是2000，原因何在？
4. 分析由层流过渡到湍流的机理何在？
5. 分析层流和湍流在运动学特性和动力学特性方面各有何差异？。
