雷诺系数实验

雷诺系数

一、实验目的

1、观测水的层流和湍流的形态、特征和判别准则。

2、学习测量和计算流体的临界雷诺数和雷诺数。

二、实验原理

雷诺实验揭示了粘性流体在流动过程中存在两种截然不同的流动状态：层流的湍流。雷诺系数是判别两种流动状态的重要理论依据，它是流体惯性力和粘性力的比值，它是一个无固次化的量。

雷诺系数较小时，粘滞力对流场的影响大于惯性力，流动中流速的扰动会因粘滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺系数较大时，惯性力对流场的影响大于粘滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展，增强，形成湍流，不规则的湍流流场。

三、实验内容和步骤

1、缓慢调节水流控制阀，观察透明水管中红色水流线的变化，观察水的层流态，湍流态的特征；（如图1所示）

图1

3、找出层流和湍流的转换临界点，在临界点测流水的流速，往复测量三次（如图2），

将实验数据记录于表1；

图2

4、

表1

管径d=14.3mm

运动粘度

3、根据实验数据计算出水的临界雷诺系数；

由连续方程vA=Q

带入第一组数据有=0.249m/s

带入第一组数据有=0.291m/s

带入第一组数据有=0.291m/s

平均雷诺系数为：Re=

四、实验结论

本次试验利用雷诺装置再现了测量雷诺系数的过程。在实验中，我们观察红色水流线在流场中的状态，理解了层流和湍流的流动特征。当水流流速增大时，红色水流线由稳定细小着色流束变到出现波纹最后完全掺杂到水流中。经过对实验数据的处理，我们根据雷诺系数的方程计算出有层流变为湍流的临界雷诺系数Re=3933，此数据与理论值有所区别，由实验误差造成。

误差来源有实验设备本身的系统误差和测量量杯的误差以及读数的随机误差，另外接水时会有水量损失，误差最主要原因在于由层流变为湍流的临界点较难控制，并且此临界系数会随实验条件变化较大。因此在实验误差允许的范围内，此实验所得的雷诺系数是合理的。