雷诺实验(教案)

实验一 雷诺实验

一、实验目的

1、建立滞流和湍流两种流动形态感性认识。

2、滞流时导管中的流速分布。

二、实验原理

雷诺揭示了重要的流体流动机理，即根据流速的大小,流体有滞流（层流）和湍流（紊流）两种不同的形态。滞流时，流体流速较小，流体质点只沿流动方向作一维的运动，各质点运动互相平行，不同流体层间的质点彼此不发生穿插混合。湍流时，流体质点向各个方向作不规则运动，但流体主体仍向某一规定方向流动。

判定流体类型的准数称为雷诺准数，以Re 表示。圆直管中，Re ＜2000时属于层流；Re ＞4000时则属于湍流。Re 在2000至4000之间时，流动处于一种过渡状态，可能为层流，也可能为湍流，或是二者交替出现，为外界条件所左右。一般情况下把滞流变为湍流的临界情况的Re 称为上临界Re 数。而把由湍流变为滞流的临界情况的Re 称为下临界Re 数。二者一般是不相等的。Re 以下式表示：μρ

du =Re 。

因为流体的粘度和密度与流体的温度有关，所以在测定Re 数的过程中，还必须知道流体的温度，流体在管道内流动，若已知d 、ρ、μ，则测定出由滞流变为湍流时的临界速度即可计算出临界雷诺数Re 的值。实验观察过程中，影响流动状态的因素很多，入口条件、有无振动现象、流量计调节速度快慢等都会对流体流动造成影响。

流体进入圆管，以均匀一致的速度u 流动，由于流体粘性的影响，相邻的流体层间产生摩擦力，使流体流动速度发生变化，在垂直流体流动方向产生速度梯度du/dy ，从而形成速度分布。层流时速度分布为抛物线，湍流时则为指数曲线（顶部较平坦）。实验时，通过红墨水示踪，即可观察到不同的流动型态。

三、实验装置

实验时水由高位水箱进入实验玻璃管，水量由阀控制，箱内设有进水稳流装置及溢流装置，以维持液面平稳恒定，多余的水由溢流管排出，以保证C阀开度不变时通过实验管的水流量不变，即稳定流动。

四、实验步骤

1、通过进水管将水不断注入水箱，由溢流口将过多的水流出，保持水位恒定。

2、随着水调节阀缓缓打开，红水调节阀微开，演示管水流中出现一丝稳定而明

显的着色直线。

3、当流量小于150L/h时，层流现象明显，此时可计算得Re<2000。

4、逐渐增大流速，当流量增大倒某临界值时，着色线开始抖动、弯曲、继而断

裂，最后完全与水流主体混在一起。

5、实验结束后，将水箱内水排光，关闭红水阀。

五、注意事项

1、实验中保持水箱水位恒定。

六、思考题

1、为什么可以用Re数判断流体的流型？

2、影响流动形态的因素有哪些？

3、研究流体流动形态对化工生产有何指导意义？

4、.滞流和湍流的区别在本实验中有哪些表现？