2022年2022年雷诺实验及其数据处理 .pdf

雷诺实验一、实验目的要求1观察层流、紊流的流态及其转捩特征；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、实验装置实验装置如下图所示：自循环雷诺实验装置图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 1 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 稳水隔板7 溢流板8 实验管道9 实验流量调节阀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35 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。三、实验原理流体在管道中流动存在两种流动状态，即层流与湍流。从层流过渡到湍流状态称为流动的转捩， 管中流态取决于雷诺数的大小，原因在于雷诺数具有十分明确的物理意义即惯性力与粘性力之比。当雷诺数较小时，管中为层流，当雷诺数较大时，管中为湍流。 转捩所对应的雷诺数称为临界雷诺数。由于实验过程中水箱中的水位稳定，管径、 水的密度与粘性系数不变， 因此可用改变管中流速的办法改变雷诺数。雷诺数KQdQvdRe4；K=d4四、实验方法与步骤1测记实验的有关常数。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紊流的水力特征。待管中出现完全紊流后，再逐步关小调节阀， 观察由紊流转变为层流的水力特征。3测定下临界雷诺数。 将调节阀打开， 使管中呈完全紊流。 再逐步关小调节阀使流量减小。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 2 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； 待管中出现临界状态时，用重量法测定流量； 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； 重新打开调节阀，使其形成完全紊流，按照上述步骤重复测量不少于三次； 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，只许渐小，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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 3 *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紊流，当色水线刚开始散开时，即为上临界状态，测定上临界雷诺数l 一 2次。5收拾实验台，整理数据。五、实验报告要求1 简要写出实验原理和实验步骤，画出实验装置。2 记录、计算有关常数。实验装置台号 No：4 管径（cm ）d = 1.37cm 雷诺实验数据及处理温度T/ 次数流出水的体积 V/mL 时间t/s 流量/m3.s-1平均流量Vs/m3.s-1粘度/Pa.s 密度/kg.m-3流速层流21 1 150.0 20 0.0000075 0.000007731 0.000981 997.991 0.2 157.5 20 0.000007875 3 200.0 25 0.000008 4 192.0 25 0.00000768 5 190.0 25 0.0000076 过渡态1 760.0 20 0.000038 0.0000353 0.2 750.0 20 0.0000375 3 760.0 20 0.000038 4 785.0 25 0.0000314 5 790.0 25 0.0000316 湍流1 0.0000667 0.名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 4 水温（C ）t = 16 运动粘度（ cm2s） = 2000221.00337.0101775.0tt0.01123 计算常数（ scm3）K = 83.554 3 整理、记录计算表并实测临界雷诺数。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。六、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? 因为流态不仅与流速有关还和特征尺寸、密度粘性系数有关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？上临界雷诺数不稳定,变化范围大1200040000,下临界雷诺数比较稳定,约为 2320 。工程中一般采用2320 做为层流、紊流的分界3雷诺实验得出的圆管流动下临界雷诺数为2320，而目前有些教科书中介绍采用的下临界雷诺数是2000，原因何在 ? 因为下临界雷诺数受截面影响，不同的截面下临界雷诺数不同圆管最大，其他的较小所以统一采用2000 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -