流体流动形态的观察与测定.

1、流体流动形态的观察与测定（雷诺实验） 一、实验目的： 1、 实际观察流体在管内作层流、湍流流动时的流动形态，并观察层流和湍流时的速度分布形 式。 2、确立雷诺准数与层流和湍流的联系，并测出临界雷诺准数的大小。 3、初步掌握流动形态对化工过程的影响。 4、了解溢流装置的结构和作用，熟悉转子流量计的流量校正方法。 二、实验原理的说明： 1、 液体作滞流流动时，其质点作直线运动，且互相平行；湍流时质点紊乱地向各个方向作不 规则运动，但流体的主体向一定的方向流动。 2、 利用少量的带色指示液加入透明的玻璃管中，即通过指示液的流动形态来确定管道中流体 的流动形态。 3、 雷诺准数是确定流体流动类型的准数

2、。若流体在圆形管子内流动，则雷诺准数用下式表示。 u dVsd Re s 式中：d 管子内径m; s管子的横截面积m2; u 管内流速m/s; p流体密度kg/m3; 卩流体粘度Pas; Vs 流体的流量m 3/s 对于一定温度的流体，在特定的圆管内流动，雷诺准数（Re）仅与流速有关。改变流量， 即可改变流速，也可改变流动的形态。当流体的流动形态由层流转变为过渡流或湍流时，其 雷诺准数即为临界雷诺准数；而其流速即是临界流速。当管内流速高于临界值时，即有可能 转变为湍流。 三、设备及流程说明 实验装置如图所示，图中大槽为水槽，试验时水即由此进入玻璃管 （玻璃管系观察流体流动的 形态和层流时导管中

3、流速分布之用）。槽内之水由自来水管供给，水量由阀A调节，槽内设 有进水稳流袭置及溢流箱。用以维持平稳而又恒定的液面，多余之水由溢流管排入水沟。 试验时打开阀C,水即由高位槽进入玻璃管，经转子流量计后，排向排水管，可用C阀调节 水量，流量由转子流量计测出。 高位墨水瓶供贮存墨水之用，墨水由此经阀B流入玻璃管，阀B即墨水量的调节阀。 四、实验步骤 1、 检查水箱5中是否有水，高位墨水瓶中是否有沉淀；转子流量计中转子是否在下部，针孔 有无堵塞。在测试时，必须保证有溢流现象. 2、观摩层流、湍流流动形态和层流、湍流时的速度分布。 1） 打开阀门C,并打开墨水液阀门 B，此时从针头中即可流出红色的指示液

4、。当指示液呈一 条直线向下流出时，即表明流动状态是层流。逐渐开大阀门C,当流量增大到一定值时，原 来表现出直线状的指示液，会变成不稳定的曲线状或散乱现象。此时流动状态即为湍流。 2）关闭阀门B和阀门C,然后将阀门B突然打开一段时间，使玻璃管上端充满红色的指示 液，然后关闭阀门 B,而打开阀门 C,则指示液向下流动，同时其前部呈抛物线状，或者较 平的曲线状。抛物线即为层流时的速度分布，较平的曲线状，即为湍流时的速度分布。观察 完毕后，关上阀门 B和阀门C。 3、测定临界雷诺准数 Wig 图21雷诺实验装置流程图 1、墨水瓶；2、进水稳流装置；3、溢流箱；4、溢流管； 5、高位水槽；6、排水管；7

5、、转子流量计；8观察玻璃管； 1） 测定水箱液面较平静时的临界雷诺准数 Rei。使水箱中充满水，然后关闭阀门 A。放置一 段时间后（即水面无波动时），开启阀门C和B（注意：B阀门不可开得太大）。开始测试和记录 指示液由直线到散乱状的流量值，并要注意记录指示液由直线转变成曲线状时的值。然后关 闭阀门B和C。 2） 测定在水箱中液位不变的情况下的临界雷诺准数Rei。，开启阀门A，使水箱中充满水。 并保持溢流。此时，重新打开阀门B和阀门C，重复上面的测试工作和数据记录。 五、操作注意事项： 1、 当测定水面平静时的临界雷诺值Rei时，由于水箱不进水，水箱中的液位逐渐下降，流量 也会随时间的推移而逐渐

6、减小。因此当需固定某一流量观察流形时，应逐渐开大阀门C，以 保证管内流量稳定在某一数值. 2、开自进水阀时，要控制在保持少量溢流即可，不可过大，以免水箱液面剧烈波动而影响测 试数据。 3、实验完毕后，将管道中的有色液体排空，并冲洗干净。 六、数据整理 设备编号；管子内径 mm ；水温oC 序号 流量 m3/s 流速 m/s 计算雷诺数 根据Re判断的流 型 实际观察的流型 液面 平静 匚 2 3 4 5 保持 溢流 1 2 3 4 5 七、思考题 1、影响流动形态的因素有哪些 ？ 2、 如果管子是不透明的，不能用直接观察来判断管中流动形态，你认为可以用什么方法来到 断管中的流动形态？ 3、 有人说可以只用流速来判断管中流动形态，流速低于某一具体数值时是层流，否则是湍