--流体流动型态及临界雷诺数的测定

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--流体流动型态及临界雷诺数的测定
一、实验目的研究流体流动的型态，对于化学工程的理论和工程实践都具有决定性的意义。

1883年雷诺（Reynolds）首先在实验装置中观察到实际流体的流动存在两种不同型态层流和湍流，以及两种不同型态的转变过程。

本实验的目的，是通过雷诺试验装置，观察流体流动过程的不同流型及其转变过程，测定流型转变时的临界雷诺数。

二、实验原理经许多研究者实验证明，流体流动存在两种截然不同的型态，主要决定因素为流体的密度和粘度、流体流动的速度，以及设备的几何尺寸（在圆形导管中为导管直径）。

将这些因素整理归纳为一个无因次数群，称该无因次数群为雷诺准数（或雷诺数），即（1）式中，d为导管直径，m；ρ为流体密度，kgm-3；μ为流体粘度，Pas；u为流体流速，ms-1。

大量实验测得：当雷诺准数小于某一下临界值时，流体流动型态恒为层流；当雷诺数大于某一上临界值时，流体流型恒为湍流。

在上临界值与下临界值之间，则为不稳定的过渡区域。

对于圆形导管，下临界雷诺数为2000，上临界雷诺数为4000时，即可形成湍流。

应当指出，层流与湍流之间并非是突然的转变，而是两者之间相隔一个不稳定过渡区域，因此，临界雷诺数测定值和流型的转变，在一定程度上受一些不稳定的其他因素的影响。

三、实验装置雷诺试验装置主要由稳压溢流水槽、试验导管和转子流量计等部分组成，如图1所示。

自来水不断注入并充满稳压溢流水槽，稳压溢流水槽的水流经试验导管和流量计，最后排入下水道。

稳压溢流水槽的溢流水，也直接排入下水道，水流量由调节阀调节。

图1、雷诺实验装置及流程
1、示踪剂瓶；
2、稳压溢流水槽；
3、试验导管；
4、转子流量计；V01、示踪剂调节阀；
2、V02、上水调节阀； V0
3、水流量调节阀；V0
4、V0
5、泄水阀；V0
6、放风阀。

四、实验方法实验前准备工作：
（1）实验前，先用自来水充满稳压溢流水槽。

将适量示踪剂（红墨水）加入贮瓶内备用，并排尽贮瓶与针头之间管路内的空气；（2）实验前，先对转子流量计进行标定，作好流量标定曲线；（3）用温度计测定水温。

实验操作步骤：（1）开启自来水阀门，保持稳压溢流水槽有一定的溢流量，以保证试验时有稳定的压头。

（2）用放风阀放去流量计内的空气，再少许开启转子流量计后的调节阀，将流量调至最小值，以便观察稳定的层流流型，再精细地调节示踪剂管路阀，使示踪剂（红墨水）的注水流速与试
验导管内主流体的流速相近，一般略低于主流体的流选为宜。

精心调节至能观察到一条平直的红色细流为止，记下水的流量和温度。

（3）缓慢地逐渐增大调节阀的开度，使水通过试验导管的流速平稳地增大。

直至试验导管内直线流动的红色细流开始发生波动时，记下水的流量和温度，以供计算下临界雷诺数据。

（4）继续缓慢地增加调节阀开度，使水流量平稳地增加。

这时，导管内的流体的流型逐步由层流向湍流过渡。

当流量增大到某一数据值后，示踪剂（红墨水）一进入试验导管，立即被分散呈烟雾状，这时表明流体的流型已进入湍流区域，记下水的流量和温度，以供计算上临界雷诺数。

这样实验操作需反复进行数次（至少5~6次），以便取得较为准确的实验数据。

实验操作注意事项：
（1）本实验示踪剂采用红墨水。

它由红墨水贮瓶，经连接软管和注射针头，注入试验导管。

应注意适当调节注射针头的位置，使针头位于管轴线上为佳。

红墨水的注射速度应与主体流体流速相近（略低些为宜），因此，随着水流速的增大，需相应地细心调节红墨水注射流量，才能得到较好的实验效果。

（2）在实验过程中，应随时注意稳压水槽的溢流水量，随着操作流量的变化，相应调节自来水给水量，防止稳压槽内液面下降或泛滥事故的发生。

（3）在整个实验过程中，切勿碰撞设备，操作时也要轻巧缓慢，以免干扰流体流动过程的稳定性。

实验过程有一定滞后现
象，因此，调节流量过程切勿操之过急，状态确实稳定之后，再继续调节或记录数据。

五、实验结果整理（1）实验设备基本参数试验导管内径
d=22 mm（2）实验数据记录及整理表1 实验数据记录及整理表实验序号流量Vs温度T粘度μ密度ρ流速临界雷诺数Re实验现象及流型m3s-1℃Paskgm-3ms-1123456六、思考题
1、示踪剂的密度为何要与待测的流体密度相近？
2、管路及系统中有气泡出现会有什么样的后果？
3、叙述转子流量计的工作原理？。

[流体流型观测及临界雷诺数的测定]流体流动形态及雷诺数的测定

[流体流型观测及临界雷诺数的测定]流体流动形态及雷诺数的测定流体流型观测及临界雷诺数的测定1、实验数据记录实验设备基本参数：演示主管路为φ20⨯2mm1、实验记录2、数据处理1、查表知18℃水的相关物理参数如下：ρ=998、5kg /m3 μ⨯105/Pa 、 s =105、592数据处理由Q =π4d2u Re =4Q ρdu ρ得Re =μπd μ4⨯96L ⋅h3⨯998、5kg ⋅m3-33600⨯1、0559Pa ⋅s ⨯10⨯π⨯16⨯10m Re c =1861、329++=xx、69733、实验误差分析Re 文献理论值：层流为Re ≤2000，湍流为Re ≥4000 所以由实验测得的临界雷诺数Re c =xx、6974、实验产生误差的主要原因：1、实验中未调节红墨水流量。

红墨水的注射速度应与主体流速相随，随水流速增加，需相应增加红墨水的注射流量。

这是实验产生误差的主要原因。

2、每次调节后，都要等到流动型态稳定后，再记录数据，这是实验产生误差的一个重要原因。

3、由于个人对流体流型的判断差异，也是实验产生误差的主要原因。

4、实验前未对转子流量计进行标定，由于转子流量计具有恒压差，需进行系统读数校正，这也是引起读数误差的一个主要原因。

5、稳压水槽中的溢流水量，随着操作流量的改变需相应调节，既不能让水位下降亦不能发生泛滥。

稳压水槽中的水位变化会使流速不稳定也会产生一定误差。

6、实验中碰撞设备，操作应轻巧缓慢，大声说话等都会干扰流体的稳定状态。

7、实验中未检查针头。

针头位置应与液体流速平行且应位于管轴线上方为佳。

实验九雷诺数的测定与流型观察

实验九雷诺数的测定与流型观察一、实验目的1. 观察流体在管内流动的两种不同型态。

2. 确定临界雷诺数Re 。

二、基本原理1. 流体在管内流动时，一般情况下，不是处于滞流（层流）就是处于湍流（紊流）状态。

滞流时，流体质点运动互相平行，不同流体层间的质点彼此不发生穿插混合。

湍流时，流体质点向各个方向作不规则运动，但流体主体仍向某一规定方向流动。

判定流型的准数称为雷诺准数，以Re 表示。

圆直管中，Re ＜2000时属于层流；Re ＞4000时则属于湍流。

Re 在2000至4000之间时，流动处于一种过渡状态，可能为层流，也可能为湍流，或是二者交替出现，为外界条件所左右。

一般情况下把滞流变为湍流的临界情况的Re 称为上临界Re 数。

而把由湍流变为滞流的临界情况的Re 称为下临界Re 数。

二者一般是不相等的。

Re 以下式表示：μρdu R e =式中：d ——管子内径，m ； u ——流速，m/s ；ρ——流体密度，kg/m 3； μ——流体黏度，Pa ·s 。

因为流体的粘度和密度与流体的温度有关，所以在测定Re 数的过程中，还必须知道流体的温度，流体在管道内流动，若已知d 、ρ、μ，则测定出由滞流变为湍流时的临界速度即可计算出临界雷诺数Re 的值。

实验观察过程中，影响流动状态的因素很多，入口条件、有无振动现象、流量计调节速度快慢等都会对流体流动造成影响。

2. 流体进入圆管，以均匀一致的速度u 流动，由于流体粘性的影响，相邻的流体层间产生摩擦力，使流体流动速度发生变化，在垂直流体流动方向产生速度梯度du/dy，从而形成速度分布。

层流时速度分布为抛物线，湍流时则为指数曲线（顶部较平坦）。

实验时，通过红墨水示踪，即可观察到不同的流动型态。

三、实验装置如图所示，，实验时水由水箱1进入实验玻璃试验管2，水量由进水阀6控制，水箱内设有进水稳流装置5及溢流口，以维持液面平稳恒定，多余的水由溢流口管10排出，以保证进水阀6开度不变时通过实验试验管的水流量不变，即稳定流动。

流体流动形态及雷诺数的测定思考

流体流动形态及雷诺数的测定思考篇一：流体流动形态及雷诺数的测定是流体力学中非常重要的基本概念,能够用于描述流体在不同条件下的流动形态和特性。

本文将介绍流体流动形态的基本概念和雷诺数的测定方法,并探讨在实际应用中如何运用这些概念和数值方法来研究流体流动。

一、流体流动形态的基本概念流体流动形态是指流体在流动过程中所表现出来的形态,包括流动方向、速度分布、涡旋形成和流态变化等。

其中,流动方向是描述流体流动的主要手段,而流态变化则是流动形态的重要组成部分。

在流体力学中,流动方向通常通过矢量流方向来描述,即流体质点在空间中沿着矢量方向的运动方向。

在自由流动中,流体质点的运动是随机的,因此在空间中会产生许多涡旋。

涡旋的大小和数量可以通过流体质点的速度分布和雷诺数来描述。

雷诺数(Reynolds number,Rn)是衡量流体涡旋强度的重要指标,它是流体质点速度分布的一个参数。

Rn值越小,表示流体涡旋越强,流动越稳定。

在自由流动中,Rn值通常在0.2-1之间,但在不同的流动条件下,Rn值的范围会有所不同。

例如,在湍流流动中,Rn值可能会更高,因为湍流流动中有更多的涡旋存在。

二、雷诺数的测定方法雷诺数的测定方法通常包括统计方法和非统计方法。

统计方法是指通过对流体运动进行数值模拟,计算出流体的雷诺数。

这种方法通常需要使用数值模拟软件,例如DNS(Direct Numerical Simulation)和LES(Large Eddy Simulation)等。

通过数值模拟,可以计算出流体在不同条件下的雷诺数,并与其他指标进行比较。

非统计方法是指通过对流体运动进行物理实验,测量流体的雷诺数。

这种方法通常需要进行实验设计和实验操作,并且需要使用专业的实验设备和技术。

三、在实际应用中如何运用流体流动形态及雷诺数的基本概念和数值方法在实际应用中,流体流动形态及雷诺数的基本概念和数值方法可以用于许多不同的领域。

例如,在航空航天领域,可以使用流体流动形态及雷诺数的基本概念和数值方法来研究飞行器的飞行特性,从而提高飞行器的安全性和可靠性。