演示实验二 雷诺实验

PAGE3演示实验二雷诺实验一、实验目的1、建立对层流（湍流）和湍流两种流动类型的直观感性认识。2、观测雷诺数与流体流动类型的相互关系。3、观察层流中流体质点的速度分布。二、基本原理流体的流动类型与雷诺数的关系。雷诺（Reynolds）用实验方法研究流体流动时，发现影响流动类型的因素除流速外，还有管径（或当量管径）d，流体的密度ρ及粘度μ，由此四个物理量组成的无因次数群Re的值是判定流体流动类型的一个标准。Re<2000~2300时为层流，Re>4000时为湍流，2000<Re<4000时为过渡区，在此区间流型可能表现为层流，也可能表现为湍流。从雷诺数的定义式Re=duρ/µ来看对同一个仪器d为定值，故u仅为流量的函数。对于流体水来说,ρ、μ几乎仅为温度的函数。因此确定了温度及流量，即可求出雷诺数。注意：雷诺实验要求减少外界干扰，严格要求时应在有避免震动设施的房间内进行。如果条件不具备，演示实验也可以在一般房间内进行。因为外界干扰及管子粗细不均匀等原因，层流的雷诺数上界达不到2300，只能达到1600左右。层流时红墨水成一线流下，不与水相混。湍流时红墨水与水混旋，分不出界限。三、实验装置及仪器实验设备见图1：液面保持一定高度的水箱与玻璃测试管相连，水箱上放有颜色水瓶，用出口阀调节流量，用孔板流量计测定流量。实验管道有效长度:L＝600mm外径:Do＝30mm内径:Di＝23.5mm孔板流量计孔板内径:do＝9.0mm四、实验步骤1.实验前的准备工作(1)必要时调整红水细管4的位置,使它处于实验管道6的中心线上。(2)向红水储瓶2中加入适量的用水稀释过的红墨水。(3)关闭流量调节阀7,打开进水阀3,使自来水充满水槽,并使其有一定的溢流量。(4)轻轻打开阀门7,让流体水缓慢流过实验管道。使红水全部充满细管道中。2.雷诺实验的过程(1)同上面的三.1.(3)。(2)同上面的三.1.(4)。(3)调节进水阀,维持尽可能小的溢流量。(4)缓慢地适当打开红水流量调节夹,即可看到当前水流量下实验管内水的流动状况（层流流动如下图二示）。测取此时流量并计算出雷诺准数。图二、层流流动示意图(5)因进水和溢流造成的震动,有时会使实验管道中的红水流束偏离管的中心线,或发生不同程度的左右摆动.为此,可突然暂时关闭进水阀3,过一会儿之后即可看到实验管道中出现的与管中心线重合的红色直线。(6)增大进水阀3的开度，在维持尽可能小的溢流量的情况下提高水的流量。并同时根据实际情况适当调整红水流量,即可观测其他各种流量下实验管内的流动状况。为部分消除进水和溢流造成的震动的影响,在滞流和过渡流状况的每一种流量下均可采用四.2.(5)中讲的方法,突然暂时关闭进口阀3,然后观察管内水的流动状况（过渡流、湍流流动如图三示）。测取此时流量并计算出雷诺准数。3．流体在圆管内作流体速度分布演示实验首先将进口阀3打开，关闭出口阀门7。将红水流量调节夹打开，使红水滴落在不流动的实验管路图三、过渡流、湍流流动示意图突然打开出口阀门7，在实验管路中可以清晰地看到红水流动所形成的如图四所示速度分布。图四、流速分布示意图4.实验结束时的操作关闭红水流量调节夹,使红水停止流动。关闭进水阀3,使自来水停止流入水槽。待实验管道的红色消失时,关闭阀门7。若日后较长时间不用,请将装置内各处的存水放净。五.实验注意事项：滞流时,为了使滞流状况能较快地形成,而且能够保持稳定,第一,水槽的溢流应尽可能的小.因为溢流大时,上水的流量也大,上水和溢流两者造成的震动都比较大，影响实验结果。第二,应尽量不要人为地使实验架产生任何的震动