流体力学雷诺数实验

量测实验八 雷诺实验
（一）目的要求
1、测定沿程水头损失与断面平均流速的关系，并确定临界雷诺数。

2、加深对不同流态的阻力损失规律的认识。

（二）仪器设备
设备如图II-8-1所示。

另备打气筒一个、量筒一个、秒表一只、温度计一只。

图II-8-1 雷诺实验仪（局部） （三）实验原理
1、列量测段1－1与2－2断面的能量方程：
2
2
1
112
2212(12)22w p V p V z z h g
g
ααγ
γ
-+
+
=+
+
+
由于是等直径管道恒定均匀流，所以12V V =，21αα=，)21()21(--=f w h h ，即沿程水头损失等于量测段的测压管水头差：
)()(2
21
1γ
γ
p z p z h f +
-+
=
将断面1－1与断面2－2的测压管接至斜比压计上，其倾斜角为α，令斜比压计测压管液面高程的读数为21∇∇及，则
αsin )(21∇-∇=f h
由于量测段长度为L ，则水力坡度L
h J f =。

2、用体积法测定流量
利用量筒与秒表，得到量筒盛水的时间T 及T 时段内盛水的体积W 。

则流量T
W
Q =
，相应
的断面平均流速Q
V A
=
，其中A 为管道过水断面面积。

3、量测水温，查相关曲线得运动粘性系数υ或用下式计算：
2
000221.00337.0101775
.0t
t ++=
υ（cm 2/s ） 式中 t 为水温；单位：℃
4、根据已知的管径d 和实测得到的断面平均流速V 以及水的运动粘滞性系数υ则可得到相应于不同流速时的雷诺数：
Re Vd
υ
=
（四）方法步骤
1、启动水泵，向高位水箱充水，并使高位水箱稍有溢水。

再全开管道上的尾阀，以冲洗管道。

2、关闭尾阀，松开比压计上端三通管止水夹进行排气。

待管道和测压管内的气体排净后，用打气筒经三通管端头向比压计注入压缩空气，使两测管水面降至测压管中部便于测读处，再将止水夹夹紧三通管顶端，以防止压缩气体外泄。

拔去打气筒，检查两测管中水面是否齐平；若不平，则应进行调整或重新排气。

3、从紊流做到层流。

将尾阀打到一定的开度（斜比压计上测压管液面的读数差约为10厘米左右），开始实验，待水流稳定后，测读12T ∇∇、、W、便完成了第一个测次。

并立即计算出Q 、V 和Re ，然后逐次关小尾阀，重复上述操作与测读，一直做到管道出流几乎成滴淋状，此时斜比压计上测压管液面的读数差约为1毫米左右，则为完成了从紊流到层流的全部实验过程。

4、再从层流做到紊流，逐次开大尾阀，按上述操作逐次测读。

（若时间有限，可不做此步骤）。

5、实验过程中，每半小时量测一次水温，用水温平均值计算运动粘性系数υ。

6、对实测数据进行分析计算。

在坐标纸上以log J 为纵座标，log V 为横坐标（注意最好纵横座标为1:1），点绘log J ~log V 相关实验数据及曲线；标出层流区和紊流区数据点的线性趋势线及趋势线方程；从该曲线上确定出下临界流速点，并计算出下临界流速值V k 和临界雷诺数k Re 的值。

（五）注意事项
管流流态实验（亦称雷诺实验）的技术性比较强，必须精心操作，才能取得反映真实情况的成果。

1、试验过程中尾阀只能朝一个方向关小或开大，不能弄错关与开的顺序。

尾阀顺时针旋转为关小，逆时针旋转为开大。

2、应尽可能减少外界对水流的干扰，在实验过程中，要保持环境安静，不要碰撞管道以及与管道有联系的器件及桌子，要仔细轻巧地操作，尾阀开度的改变对水流也是一个干扰，因
而操作阀门要轻微缓慢。

3、尾阀开度的变化不宜过大。

当流速较大时，斜比压计上的读数差改变大约在2 cm 左右为宜。

当接近临界区Re k =(2300~2000)，即斜比压计上读数差约为1.5 cm 左右以后，每次调节反映在斜比压计上的读数差改变应控制在1~2 mm 以内。

一个单程的量测（从紊流到层流；或从层流到紊流），应做15~20个以上的测次，预计全部实测的雷诺数约在500~8000之间，但在雷诺数小于2500以下时约需10个测次才能保证实验成果比较完满。

此时调节尾阀应特别细心。

4、每调节一次尾阀，必须等待3分钟，使水流稳定后，方可进行测量。

5、用体积法测流量时，量水时间越长，则流量越精确，尤其在小流量时，应该注意尽量有较长的盛水时间。

6、量测水温时，要把温度计放在水中来读数，不可将它拿出水面之外读数。

（六）量测与计算 1、实验数据
管径d = cm ；
管道过水面积A = cm 2； 量测段长度L = cm ； 比压计倾斜率sin α= ; 水温t = ℃；
运动粘性系数υ= cm 2/s 。

2、数据记录与计算表（见表8-1）。

3、成果整理
分别以log J 和log V 为纵横坐标（比例用1:1），把实验数据点点绘在坐标纸上。

并定出紊流向层流转化的临界点，由临界点所对应的log V 的值，查反对数得出V =V k ，故可得到临界雷诺数为：
Re k k V d
υ
=
有条件时，可利用Excel 表格处理软件进行数据处理。

（七）回答问题 1、实验成果的评价；
2、为什么上、下临界雷诺数数值会不一样？
3、若将管道倾斜放置，对临界雷诺数是否有影响？为什么？ 表8-1 雷诺实验数据记录与计算表（单位以s 、sm 计） 测次
比压计读数 水头损失h f (cm)
水力
坡度 J
体
积 W (cm 3)
时 间 T (s)
测量Q (cm 3/s)
流速V (cm/s)
Re
log V
log J
∇1
cm
∇2
cm
∇1-∇2
cm
1 2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
雷诺实验（新）
一、目的与任务
1、观察层流、紊流流态及其转换特征。

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钢参数进行实验研究的方法，并了解其实用意义。

4、本实验配备多媒体实验课件，可进行模拟实验演示、模拟测试、问题讨论等。

二、内容、要求与安排方式
1、实验内容与要求：演示雷诺实验全过程，测定临界雷诺数。

2、实验安排方式：观看CAI电化教学片；观看实验演示；测读数据。

三、实验步骤、
1、检查有色水箱5中特制颜色水水位，如水量不足应予补充。

2、开启供水电源开关并调整无级调速器达适当流量。

刚旋开开关时流量最大，顺时针逐渐减小。

（注意：调速器不能长时停留在最大流量位置，这样易损坏可控硅器件）
3、调节颜色水软管上的水止，使颜色水流束适宜。

4、慢慢调节实验流量调节阀9，使实验管道重复产生层、紊流态，并认真观察过度过程，
5、实验结束前关紧颜色水软管上的水止，然后关闭电源开关。

6、如需测试临界雷诺数，可用尾部重量法测流装置依次测定流量。

四、设备
1、雷诺实验仪1套；多媒体计算机及CAI电化教学片软件一套。

2、消耗性器材：蒸馏水、特制颜色水、量筒、可控硅调速器及零件等。

五、实验装置、
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。

七、实验报告要求、
1、根据实测记录，计算临界雷诺数。

2、试说明对本实验的认识及对实验现象的理解。