雷诺实验

一、实验目的

1、了解管内流体质点的运动方式，认识不同流动形态的特点，掌握判别流型的准则。

2、观察圆筒直管内流体作层流、过渡流、湍流的流动形态。

二、实验原理

实际流体的流动会呈现出两种不同的型态，具有不同的运动特性。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。层流，流层间没有质点混掺，质点作有序的直线运动；紊流则相反，流层间质点混掺，为无序的随机运动。 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?du?

式中 d——圆管直径 , cm

圆管中定常流动的流动状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，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 < 2000 时，层流

Re > 4000 时，湍流

由于两种流态的流场结构和动力特性存在很大的区别，对它们加以判别并分别讨论是十分必要的。层流遵循牛顿内摩擦定律，其能量损失与流速一次方成正比。紊流受粘性和紊动共同作用，其阻力比层流大得多，紊流能量损失与流速的

1.75～2次方成正比。具体的流动是紊流还是非紊流（层流），可用Re作判据加以判别。

三、实验装置及流程

实验前，先将水充满地位储水槽，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，开启流量计的调节阀。水由稳压溢流水槽流经缓冲池、实验导管和流量计，最后流回地位贮水槽。水流量的大小，可由流量计和调节阀调节。

示踪剂采用红色墨水，它由红墨水贮槽经连接管和细孔喷嘴，注入实验导管。细孔玻璃注射管位于实验导管入口的轴线部位。

四、演示操作

1、层流流动形态

实验时，先少许开启调节阀，将流速调至所需要的值。在调解红墨水贮瓶的下口旋塞，并做精细调节，使红墨水的注入流速与实验导管中主体流体的流速相适应，一般略低于主体流体的流速为宜。待流速稳定后，记录主体流体的流量。此时，在实验导管的轴线上，就可观察到一条平直的红色细流，好像一根拉直的红线一样。

2、湍流流动型态

缓慢的加大调节阀的开度，使水流量平稳地增大，玻璃导管内的流速也随之平稳的增大。此时可观察到，玻璃导管轴线上呈直线流动的红色细流，开始发生波动。随着流速的增大，红色细流的波动程度也随之增大，最后断裂成一段段的红色细流。当流速继续增大时，红墨水进入实验导管后立即呈烟雾状分散在整个导管内，进而迅速与主体主流混为一体，使整个管内流体染为红色，以致无法辨别红墨水的流线。

第二篇：雷诺实验预习报告

雷诺实验

一、概述

本装置用于详细测定不同流动状态下的雷诺数。采用立式结构是为了节省占地面积。装有一个大容积的水槽，目的是想减少进水带来的波动。可以用量桶计量流量，也装有       流量计。还配有一个标图，可以从流量计示值直接查知雷诺数，这样，当从玻璃管观察到某个流动状态的同时就可以知道管内雷诺数是多少，对示教表演非常方便。

二、设备介绍

设备流程见图一。高位水槽中的缓冲器是对进水起         作用，避免进水直冲入桶引起额外的扰动。流量调节阀用于控制玻璃管内水的流速大小。墨水阀是一只专用的针阀，可以精细调节墨水注入速度，实验时应该使墨水注入速度和当时管内水速一致，才能收到良好的观测效果。墨水注入针的位置应该在玻璃管的中心附近且必须和中心线平行。为了保护达到这项要求，采用了填料函和紫铜墨水管。填料函可以充许墨水注入针前后左右移动，调整到合适位置后将墨水管固定好。紫铜质制墨水管是退了火的，可以用手弯曲，用以保证注入针的平行程度。转子流量计出厂前已经标定过，实际流量与流量计示值是一致的，如果想用计量桶测量流量，可使用活动摆头和秒表（用户自备），平常摆头指向中心管，水直接排入下水道，计量开始时活动摆头指向量桶，同时计时开始，计时结束时立即将摆头扳回中心管，由时间长短和量桶标尺计算流量。

图一 设备流程

排水槽作溢流及实验管道排出的水用。

本装置配备的颜色水是蓝色，由墨水蓝染料加水制成，不是日常书写

所用的墨水。墨水蓝又名溶性蓝或酸性墨水蓝，是制造墨水的主要原料，也用于染蚕丝和羊毛。由醇溶蓝经磺化后转变为钠盐而制成，染料商店有售。这种颜色水具有色浓，长期使用不沉淀的优点。一般墨水注入针很少堵塞，如果堵塞可以松开小活接头，将墨水注入针拆下冲洗。

三、实验结果和数据计算过程

1、层流速度分布表演：在玻璃管的水静止状态下加入墨水，让墨水将注入针附近约2-3厘米的水层染上颜色，然后停加墨水，打开       阀，让水保持在层流流量下流动，这时就可以看到被染色的水成        分布。

2、测定各种流动状态下的雷诺数：开进水阀，保持有少量水溢流。实验从    流量到    流量然后又从    流量到   流量。实验结果列于表1：

表1                           玻璃管内径23.4毫米，水温      ℃

上表雷诺数 从图表可以查出，为了练习，应取其中一些数据进行计算。

雷诺数的计算：

雷诺数是无因次数群，只要各物理量采用同一单位制，则无论是用那一种单位制，结果都是相同的，现取第        点做例子：

Re=                  

查知：

25℃时      μ=0.8937（厘泊）

换算为SI单位制： μ=0.8937×10^-3  N·S/m²(千克·秒/米²)

管内径d=0.0234(米)     管截面积=                  

管内平均速度u=                 （米/秒）

水的密度   ρ_25℃=997(千克/米³)

           Re=                         

四、安装和使用

玻璃管和墨水针最后安装。玻璃管套入填料圈和填料压盖后，穿入玻璃填料函中，但不要将填料压入。首先将下部胶管连结好，然后才压入填料，装好填料函。再将喇叭口和墨水针装好。见图二。

墨水管道装好后，管道内有气泡堵塞，因此应设法排气。可以先在墨水瓶内加入清水，然后拨开墨水阀处的胶软管，让水将胶软管道内的气泡驱除干净，然后套回再打开墨水阀证清水继续排走，但不要排干，以免墨水管道内重新进入气泡，待清水尽可能排除后即可加入墨水，正式使用。以后使用要注意及时补充墨水，不要使气泡再进入气管道内。

初次向高位水槽加水后要静置1小时左右高位水槽的水才稳定下来，以后使用，要保持满水，如果水位较低，水从缓冲器溅下，会引起水桶水面剧烈波动，就会影响实验效果。

由于高位水槽容积大，有时可以不加水进行表演教学，这样就能完全免除进水带来的扰动影响。

颜色水配制方法是：取墨水蓝染料粉5.1克，加蒸馏水1000毫升充分搅匀即可。若无蒸馏水也可用煮沸过的自来水，水可以加温以利溶解但不宜超过45℃。

特别提示：

（1）此装置的雷诺数值与玻璃管

和喇叭口的衔接处过渡是否平滑关

系很大，每个喇叭口出厂前曾对相

应的一根玻璃管进行配制，装配时

请注意喇叭口及玻璃管的编号，不

要配错。

（2）如果玻璃管外径比φ24.5小

得较多，请在管端加套一段φ

22×1.2，长26mm的薄壁软塑料管，

才套入喇叭口接管内，用1”管码卡紧。

（3）高位水槽底填料函橡胶垫圈与玻

璃管应稍紧配合，压紧压盖才不会漏水，     图二 玻璃管进口端安装示意图

请装配时根据具体玻璃管上端外径选      1、填料函 2、水桶 3、小活接头4、喇叭口

用。                                 5、墨水针6、填料函 7、橡胶圈8、玻璃管

五、维护和保养

使用日久，玻璃管内壁可能积垢，此时无需拆卸玻璃管，只要从喇叭口处插入小型毛掃清洗即可，但必须注意，一定要将毛掃的金属部分用塑料管保护好，务使金属不要碰擦玻璃管壁，因为即使轻微碰擦，玻璃管即

易破裂。转子流量计玻璃锥管积垢，可以打开流量计顶部的管塞，用同样的方法清洗。清洗工具用塑料管而不用毛扫。