雷诺实验
一、实验目的
1、观察流体在不同流态（层流和紊流）时流体质点的运动规律；
2、观察流体由层流变紊流、紊流变层流时的水力特征；
3、测定下临界雷诺数，掌握圆管流态的判别准则；
4、学习应用无量纲参数进行实验研究的方法，了解其实用意义。
二、实验要求
1、观察层流和紊流两种流态；
2、测量、记录实验数据，计算下临界雷诺数。
三、 实验原理
流体流动存在两种不同状态：即层流和紊流，其阻力性质也不相同。
本实验采用如图1所示的自循环雷诺实验装置。在实验过程中，保持水箱4中的水位恒定，即总水头不变。当出水调节阀9开度较小时，开启有色水管5的阀门，则有色水与自来水同步在管路中沿轴线方向流动，有色水呈一条水平直线，其流体质点没有垂直于主流方向上的横向运动，即有色水流束没有与周围液体掺混，此时流动处于层流状态。当出水调节阀9逐渐开大时，管路中的有色水流束开始振荡，不再与管道轴线平行，此时流动呈过渡状态。当出水调节阀9开度继续增大，则有色水流束开始破裂，呈现不规则的状态，并发生横向掺混，遍及整个管道，即有色水在流动过程中完全扩散，已完全分不清有色水流束了，此时流动呈紊流状态。
流体的运动状态可根据有色水散开与否作定性判别，而定量判别可依据雷诺数Re的大小来判定。经典雷诺实验得到的下临界值为2320，工业上可依据雷诺数是否大于2000来判定流动是否处于紊流状态。雷诺数Re定义式可作如下变化，即
式中 K——常数，
；
ρ——液体密度，kg/m3；
——液体在管道中的平均流速，m/s；
d——管道内径，m；
μ——液体的动力黏度，Pa×s；
v——液体的运动黏度，m2/s；
——体积流量，m3/s。
四、实验所需仪器、设备、材料（试剂）
1．实验装置简图
实验装置及各部分名称如图1所示。
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. 稳压筒 11.传感器 12. 智能化数显流量仪
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。
流量由智能化数显流量仪测量，智能化数显流量仪系统包括实验管道内配套流量计、稳压筒10、高精密传感器11和智能化数显流量仪12（含数字面板表及A/D转换器）。该流量仪为管道式瞬时流量仪，测量精度一级。
流量仪的使用方法，需先排气调零，待水箱溢流后，间歇性全开、全关管道出水阀9数次，排除连通管内气泡。再全关阀9，待稳定后将流量仪调零。测流量时，水流稳定后，流量仪所显示的数值即为瞬时流量值。
水温由数显温度计测量显示。
五、实验预习要求、实验条件、方法与步骤
1、复习教材中与雷诺实验及雷诺数定义相关的理论知识。
2、按如下步骤进行实验
打开水泵供水，使水箱4充水至溢流水位，待稳定后，对智能化数显流量仪排气调零。微启出水调节阀9；打开有色水管5的阀门，将有色水注入实验管内，则有色水流呈现一水平直线，通过有色水质点的运动观察管内水流的层流流态。然后逐步开大出水调节阀9，通过有色水直线的变化观察流动状态从层流转变到紊流的水力特征，待管中出现充分发展的紊流后，再逐步关小出水调节阀9，观察流动状态从紊流转化为层流的水力特征。
3、测定下临界雷诺数
（1）将出水调节阀9打开，使管内流动呈充分发展的紊流状态，再逐步关小出水调节阀9，使流量减小，当流量调节到使有色水在整个管道中刚刚呈现出一稳定直线时，即流动处于下临界状态；
（2）记录智能化数显流量仪显示此时的流量；
（3）记录数显温度计显示的水温，依据公式计算水的运动黏度；
（4）根据所测流量计算下临界雷诺数，并与公认值（2000~2320）比较，若偏离过大，分析原因，并重新测定；
（5）重新打开出水调节阀9，使流动处于充分发展的紊流状态，按照上述步骤重复测量两次，记录在表1中。
注意：
a、每调节出水调节阀一次，均需等待几分钟，以使流动处于稳定状态；
b、在关小出水调节阀的过程中，只许逐渐关小，不允许反向调节；
c、随出水流量的减小，应适当调小无级调速器3，以减小溢流引发的扰动。
六、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：李济东 赵创 孔祥民 实验日期：_________
管径d = 1.37 ×10-2 m， 水温t = 21.1oC
运动黏度
（m2/s）= 0.0098×10-4 m2/s
计算常数 K = 94.83 ×106 s/m3
2．实验数据记录及计算结果
表1 下临界雷诺数的测定
注：颜色水形态指：稳定直线，稳定直线，稳定略弯曲，直线摆动，直线抖动，断续，完全散开等。
七、 分析思考题
1、流态判据为何采用无量纲参数Re，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紊流的判据？
3、实测下临界雷诺数Redcr与公认值偏离多少？原因何在？
4、为什么在测定下临界雷诺数调小流量的过程中，不允许出水调节阀反向调节？
第二篇：实验一 雷诺实验
实验一：雷诺实验
实验一 雷诺实验
一、实验目的
1、观察流体在管内流动时的两种不同型态。
2、观察层流状态下管路中流体速度分布状态。
3、测定流动形态与雷诺数Re之间的关系及临界雷诺数值。
二、实验内容
1、根据测定参数计算Re并判断流体流动的流型；
2、确定临界雷诺值
三、实验原理
1、概述
在实际化工生产中，许多过程都涉及到流体流动的内部细节，尤其是流体的流动现象。故而了解流体的流动形态极其重要。本实验装置便于观察，结构简单能使学生对流体流动的两种形态有更好的认识。
2、实验原理
流体流动过程中有两种不同的流动型态：层流和湍流。流体在管内作层流流动时，其质点作直线运动，且质点之间互相平行互不混杂互不碰撞。湍流时质点紊乱地向各个方向作不规则运动，但流体的主体仍向某一方向流动。
影响流体流动型态的因素，除代表惯性力的流速和密度及代表粘性力的粘度外，还与管型、管径等有关。经实验归纳得知可由雷诺准数Re来判别：
Re?du?
?
式中：d — 管子内径（m）
u — 流速（m / s）
ρ—流体密度（㎏/m3）
μ—流动粘度（PaS）
雷诺准数是判断流体流动类型的准数，一般认为，Re≤2000为层流；Re≥4000为湍流；2000＜Re＜4000为不稳定的过渡区。
对于一定温度的液体，在特定的圆管内流动，雷诺准数仅与流速有关。本实验是以水为介质，改变水在圆管内的流速，观察在不同雷诺准数下流体流动类型的变化。 1
化工原理实验讲义
3、实验装置流程图
1 试剂盒 2 试剂调节阀 3 高位水槽 4 雷诺管 5 水量调节阀 6 计量水箱 7 进水阀 8、9 排水阀
图1-1 雷诺实验流程图
四、操作步骤
1、依次检查实验装置的各个部件，了解其名称与作用，并检查是否正常。
2、关闭各排水阀门和流量调节阀门，开泵向实验水箱供水。
3、待有实验水箱溢流口有水溢流出来之后稍开流量调节阀门，调节指示液试剂调节
阀门至适度（以指示液呈不间断细流排出为宜）。
4、调节水量由较小值缓慢增大，同时观察指示液流动形状，并记下指示液呈一条稳
定直线、指示液开始波动、指示液与流体（水）全部混合时通过秒表和量筒来确定的流量，计算Re，将测得的Re临界值与理论值比较。
5、重复步骤4多次，以计算Re临界平均值。
6、实验结束，关水电，将各水箱中液体排尽，试剂盒中指示剂排尽后需用清水洗涤，
防止残液将尖嘴堵死。
五、注意事项
1、在测定层流现象时，指示液的流速必须小于或等于观察管内的流速。若大于观察
管内的流速则无法看到一条直线，而是和湍流一样的浑浊现象。
2、注意在实验台周围不得有外加的干扰。实验者调节好后手应该不接触设备，避免
实验现象的不正常。
六、实验数据处理
（一）基本数据
水的黏度： Pa·s； 水的密度： kg/m3；
水的温度： ℃； 实验管内径： mm。
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实验一：雷诺实验
七、实验报告内容
将实验数据和数据整理结果列在表格中。 八、设备主要配置及技术参数
1、实验装置主要是由水箱、实验管、试剂盒、PVC管路、阀门和不锈钢台架等组成。 2、实验管：内径16mm、长1200mm的透明有机玻璃管，便于学生观察玻璃管内详细的实验经过及现象。本实验主要是通过调节水量控制阀来改变流体流经管的流速并观察指示液随流速改变的流动形态。
3、试剂盒：容积大于300ml。指示液为红墨水或其它颜色鲜艳的液体。通过指示液控制阀由尖嘴流入实验管中。
4、实验水箱：透明有机玻璃，外形尺寸：300X380X550，有效容积大于35L。溢流口是为了保证水槽内的水维持溢流稳定状态。出水口是为了方便清洗水槽。 5、蓄水箱：硬质PVC材质，外形尺寸：480X420X400，容积大于50L。
6、计量水箱：透明有机玻璃材质，外形尺寸：300X200X220，有效计量容积大于8L。 7、实验所用流体为水，框架为不锈钢材质，结构紧凑，外形美观，装置流程简单，操作方便。
8、外形尺寸：1600×450×1500。
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