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05 雷诺实验

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§6雷诺实验

6.1 实验目的和要求

1. 观察层流、湍流的流态及其转换过程；

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，确定非圆管流的流态判别准数。

6.2 实验装置

1．实验装置简图

实验装置及各部分名称如图6.1所示。

123456789

图6.1 雷诺实验装置图

1. 自循环供水器 2. 实验台 3. 可控硅无级调速器 4. 恒压水箱

5. 有色水水管 6. 稳水孔板 7. 溢流板 8. 实验管道 9. 实验流量调节阀

2. 装置说明与操作方法

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。实验流量由调节阀9调节。

6.3 实验原理

1883年, 雷诺(Osborne Reynolds)采用类似于图4.2.1所示的实验装置，观察到液流中存在着层流和湍流两种流态：流速较小时，水流有条不紊地呈层状有序的直线运动，流层间没有质点混掺，这种流态称为层流；当流速增大时，流体质点作杂乱无章的无序的直线运动，流层间质点混掺，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cv，cv与流体的粘性、园管的直径d有关。若要判别流态，就要确定各种情况下的cv值，需要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，工作量巨大。雷诺实验的贡献不仅在于发现了两种流态，还在于运用量纲分析的原理，得出了量纲为一的判据——雷诺数Re，使问题得以简化。量纲分析如下：

因 c(,)fdv

根据量纲分析法有

12cckdv

其中kc是量纲为一的数。

写成量纲关系为

12121[LT][LT][L]

由量纲和谐原理，得1 = 1 ，2 = -1 。

即 cckdv 或 ccdkv

雷诺实验完成了管流的流态从湍流过度到层流时的临界值kc值的测定，以及是否为常数的验证，结果表明kc值为常数。于是，量纲为一的数dv便成了适合于任何管径，任何牛顿流体的流态由湍流转变为层流的判据。由于雷诺的贡献，dv定名为雷诺数Re。于是有

4πVVqdReKqdv

式中：v 为流体流速； 为流体运动粘度；d为圆管直径；Vq为圆管内过流流量；K为计算常数，4πKd。

当流量由大逐渐变小，流态从湍流变为层流，对应一个下临界雷诺数Rec，当流量由零逐渐增大，流态从层流变为湍流，对应一个上临界雷诺数cRe。上临界雷数受外界干扰，数值不稳定，而下临雷诺数Rec值比较稳定，因此一般以下临界雷诺数作为判别流态的标准。雷诺经反复测试，得出圆管流动的下临界雷诺数Rec值为2300。工程上，一般取Rec=2000。当Re

对于非圆管流动，雷诺数可以表示为

RRev

式中RA；R为过流断面的水力半径；A为过流断面面积；为湿周（过流断面上液体与固体边界接触的长度）。

以水力半径作为特征长度表示的雷诺数也称为广义雷诺数。

6.4 实验内容与方法

1．定性观察两种流态。

启动水泵供水，使水箱溢流，经稳定后，微开流量调节阀，打开颜色水管道的阀门，注入颜色水，可以看到圆管中颜色水随水流流动形成一直线状，这时的流态即为层流。进一步开大流量调节阀，流量增大到一定程度时，可见管中颜色水发生混掺，直至消色。表明流体质点已经发生无序的杂乱运动，这时的流态即为湍流。

想一想：应在管道的哪个部位观察流态？为什么？

2．测定下临界雷诺数

先调节管中流态呈湍流状，再逐步关小调节阀，每调节一次流量后，稳定一段时间并观察其形态，当颜色水开始形成一直线时，表明由湍流刚好转为层流，此时管流即为下临界流动状态。用重量法测定流量，记录水温，即可得出下临界雷诺数。注意，接近下临界流动状态时，流量应微调，调节过程中流量调节阀只可关小、不可开大。

3．测定上临界雷诺数

先调节管中流态呈层流状，再逐步开大调节阀，每调节一次流量后，稳定一段时间并观察其形态，当颜色水开始散开混掺时，表明由层流刚好转为湍流，此时管流即为上临界流动状态。用重量法测定流量，记录水温，即可得出上临界雷诺数。注意，流量应微调，调节过程中流量调节阀只可开大、不可关小。

4．分析设计实验

任何截面形状的管流或明渠流、任何牛顿流体流动的流态转变临界流速vc与运动粘度、水力半径R有关。要求通过量纲分析确定其广义雷诺数。设计测量明渠广义下临界雷诺数的实验方案，并根据上述圆管实验的结果得出广义下临界雷诺数值。

6.5 数据处理及成果要求

1．记录有关信息及实验常数

实验设备名称：__________________ 实验台号：_________

实 验 者：______________________ 实验日期：_________

管径d = _________m， 水温t = __________ oC

运动粘度420.017751010.03370.000221tt（m2/s）= m2/s

计算常数 K = s/m3

2．实验数据记录及计算结果

表6.1 雷诺实验记录计算表

实验次序 颜色水线形状 水体积

V

(10-6m3) 时间

T

(s) 流量

Vq

(10-6m3/s) 雷诺数

Re 阀门开度增(  )或

减(  ) 备注

1

2

3

4

5

6

7

实测下临界雷诺数（平均值）cRe=

3．成果要求

(1) 测定下临界雷诺数（测量2~4次，取平均值）；

(2) 测定上临界雷诺数（测量1~2次，分别记录）；

(3) 确定广义雷诺数表达式及其圆管流的广义下临界雷诺数实测数值。 6.6 分析思考题

1．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？

2．试结合紊动机理实验的观察，分析由层流过渡到湍流的机理。

6.7 注意事项

1．为使实验过程中始终保持恒压水箱内水流处于微溢流状态，应在调节流量调节阀后，相应调节可控硅调速器，改变水泵的供水流量。

2．实验中不要推、压实验台，以防水体受到扰动。

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雷诺试验 层流和湍流

雷诺试验 层流和湍流

§1.4.2流动类型与雷诺准数

现在开始介绍流体流动的内部结构。流动的内部结构是流体流动规律的一个重要方面。因为化工生产中的许多过程都和流动的内部结构密切联系。例如实际流体流动时的阻力就与流动结构紧密相关。其它许多过程，如流体的热量传递和质量传递也都如此。流动的内部结构是个极为复杂的问题，涉及面广。以下紧接着的内容只作简单的介绍，因而在许多方面只能限于定性的阐述。

1、流动类型——层流和湍流

1883年著名的雷诺实验揭示出流动的两种截然不同的型态。

雷诺实验装置如图所示：

在水箱内装有溢流装置，以维持水位稳定，水箱的底部安装一个带喇叭型进口的直径相同的玻璃管，管出口处装有一个阀门用来调节流量，水箱上方安装有内有颜料的小瓶，有色液体可经过细管子注入玻璃管内。在水流经过玻璃管的过程中，同时把有色液体送到玻璃管以后的管中心位置上。

雷诺实验观察到：

⑴、水流速度不大时，有色细流成一直线，与水不混合。此现象表明：玻璃管内的水的质点是沿着与管轴平行的方向作直线运动。即流体分层流动，层次分明，彼此互不混杂，掺和(唯其如此，才能使有色液体保持直线)这种流型叫层流或滞流。

⑵、水流速度增大到某临界值时，有色细流开始抖动，弯曲，继而断裂，细流消失，与水完全混合在一起，整根玻璃管呈均匀颜色，此现象表明，玻璃管内的水的质点除了沿着管道向前运动外，各质点还作不规则的，杂乱的运动，且彼此间相互碰撞，相互混合，质点速度的大小和方向随时发生变化，这种流型叫湍流或紊流。

2、流型的判据—雷诺准数

对管流而言，影响流型的因素有，流道的几何尺寸(管径d)流动的平均速度u和流体的物理性质(密度ρ和粘度μ)。

雷诺发现，可以将这些影响因素综合成一个无因次数群duρ/μ，作为流型的判据。此数群称为雷诺(Reynolds)数，以Re表示，即： Re=duρ/μ

雷诺指出：

物理雷诺实验报告

物理雷诺实验报告

一、实验目的

1. 观察流体流动的层流和湍流现象；

2. 研究雷诺数与流体流动状态的关系；

3. 掌握实验原理和实验方法；

4. 提高对流体力学基本概念的理解。

二、实验原理

雷诺实验是研究流体流动的经典实验之一，由法国工程师雷诺在1883年发明。实验原理如下：

1. 流体在管道中流动存在两种流动状态：层流和湍流；

2. 层流时，流体质点呈平行流动，速度分布均匀；

3. 湍流时，流体质点呈不规则流动，速度分布不均匀；

4. 雷诺数（Re）是判断流体流动状态的准则，其表达式为：Re = ρvd/μ，其中ρ为流体密度，v为流体流速，d为管道直径，μ为流体粘度；

5. 当Re较小时，流体呈层流；当Re较大时，流体呈湍流。

三、实验设备与材料

1. 实验台；

2. 实验管道；

3. 流量计；

4. 雷诺数测定装置；

5. 计时器；

6. 水和颜料。

四、实验步骤

1. 准备实验装置，将实验管道连接好，并检查无泄漏；

2. 调节实验管道的入口阀门，使管道内的流速稳定； 3. 将实验管道内充满水，并加入适量的颜料；

4. 通过流量计调节入口阀门，改变管道内的流速；

5. 观察流体流动状态，记录不同流速下的雷诺数；

6. 根据实验数据，绘制雷诺数与流速的关系曲线；

7. 分析实验结果，验证雷诺数与流体流动状态的关系。

五、实验结果与分析

1. 实验结果：通过实验，我们观察到当流速较小时，流体呈层流状态，流速较大时，流体呈湍流状态。根据实验数据，我们绘制了雷诺数与流速的关系曲线，发现当Re小于2000时，流体呈层流；当Re大于4000时，流体呈湍流。

2. 分析：实验结果表明，雷诺数与流体流动状态密切相关。当Re较小时，流体呈层流；当Re较大时，流体呈湍流。这与实验原理相符。

六、实验结论

1. 雷诺实验验证了流体流动的层流和湍流现象；

2. 雷诺数是判断流体流动状态的准则，其表达式为：Re = ρvd/μ；

雷诺实验

雷诺实验

雷诺实验

一、实验目的

1．观察层流和紊流的流动特征及其转变情况，加深对层流、紊流形态的感性认识。

2．测定层流与紊流的雷诺数。

二、实验原理

在圆管流动中采用雷诺数来判别流态：vdRe式中：v一圆管水流的断面平均流速；d一圆管直径；一水流的运动粘滞系数。

当Re

当Re

三、实验装置图

实验装置图如下图1

图1 雷诺实验装置图

1．自循环供水器 2．实验台 3．可控硅无级调速器 4．恒压水箱5．有色水水管 6．稳水孔板 7．溢流板 8．实验管道9．实验流量调节阀 10．压强水位计 供水流量由9调控，使恒压水箱4始终保持微溢流的状态，以提高进口前水体稳定程度。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。

四、实验步骤

1．观察流动形态

将进水管打开使水箱冲水，并保持溢流状态；然后用尾部阀门调节流量，将阀门微微打开，

2．测定hf~v的关系及临界雷诺数

（1）熟悉仪器，测记有关常数。

（2）检查尾阀全关时，压差计液面是否齐平，若不平，则需排气调平。

（3）将尾部阀门开至最大，然后逐步关小阀门，使管内流量逐步减少；每改变一次流量，均待水流平稳后，测定每次的流量、水温和试验段的水头损失(即压差)。流量Q用体积法测量。用量筒量测水的体积V，用秒表计时间T。流量Q=TV。相应的断面平均流速v=AQ。

（4）流量用尾阀调节，共做10次。当Re<2500时，为精确起见，每次压差减小值只能为3~5mm。

（5）用温度计量测当日的水温，由此可查得运动粘滞系数，从而计算雷诺数vdRe。

（6）相反，将调节阀由小逐步开大，管内流速慢慢加大，重复上述步骤。

五、注意事项

1、在整个试验过程中，要特别注意保持水箱内的水头稳定。每变动一次阀门开度，均待水头稳定后再量测流量和水头损失。

2、在流动形态转变点附近，流量变化的间隔要小些，使测点多些以便准确测定临界雷诺数。

雷诺实验报告答案

雷诺实验报告答案

雷诺实验报告答案

雷诺实验报告答案

雷诺实验是一种经典的流体力学实验，旨在研究流体在管道中的流动特性。通过该实验，我们可以了解雷诺数对流体流动的影响，以及不同雷诺数下的流动状态。在本篇文章中，我将为大家解答雷诺实验报告中的一些问题，并探讨一些与实验相关的话题。

1. 实验目的与原理

雷诺实验的目的是研究流体在管道中的流动特性，主要通过测量不同雷诺数下的流速、压力和阻力系数等参数来分析流动状态。雷诺数是流体力学中的一个重要无量纲参数，定义为惯性力与粘性力的比值，可以描述流体流动的稳定性和湍流特性。

2. 实验装置与操作

雷诺实验通常采用雷诺管作为实验装置，该装置由一根长而细的玻璃管组成，管内通过一定流量的流体。在实验过程中，我们需要调节流量、测量压力差、记录流速等参数，并通过改变流体的性质、管道的形状等条件来观察不同实验结果。

3. 实验结果与分析

根据实验数据，我们可以计算得到不同雷诺数下的流速、压力差和阻力系数等参数。通过绘制雷诺数与流速的关系曲线，我们可以观察到在一定范围内，随着雷诺数的增加，流速呈线性增加趋势。这说明在低雷诺数下，流体流动较为稳定；而在高雷诺数下，流体流动变得湍流，流速增加的幅度较大。

4. 实验误差与改进 在进行雷诺实验时，我们需要注意实验误差的存在。例如，在测量流速时，由于测量仪器的精度限制以及流体本身的波动等因素，可能导致测量结果的偏差。为了减小误差，我们可以多次重复实验，取平均值来提高测量的准确性。此外，还可以改进实验装置，提高流体的稳定性，减小外界干扰对实验结果的影响。

5. 实验应用与意义

雷诺实验在工程领域有着广泛的应用价值。通过研究流体在管道中的流动特性，我们可以优化管道设计，提高流体输送的效率。此外，雷诺实验还可以应用于风洞实验、水力模型试验等领域，帮助工程师解决实际问题。

总结起来，雷诺实验是一项重要的流体力学实验，通过研究流体在管道中的流动特性，我们可以了解雷诺数对流体流动的影响，以及不同雷诺数下的流动状态。通过实验结果的分析与讨论，我们可以得出一些有关流体力学的结论，并应用于实际工程中。希望本篇文章对雷诺实验报告的撰写有所帮助，并对读者对流体力学有更深入的了解。