1雷诺数

实验八、雷诺实验

一、实验目的

1、观察流体在管内流动的两种不同流型。

2、测定临界雷诺数Re c 。 二、实验原理

流体流动有两种不同型态，即层流（或称滞流，Laminar flow ）和湍流（或称紊流，Turbulent flow ），这一现象最早是由雷诺（Reynolds ）于1883年首先发现的。流体作层流流动时，其流体质点作平行于管轴的直线运动，且在径向无脉动；流体作湍流流动时，其流体质点除沿管轴方向作向前运动外，还在径向作脉动，从而在宏观上显示出紊乱地向各个方向作不规则的运动。

流体流动型态可用雷诺准数（Re ）来判断，这是一个由各影响变量组合而成的无因次数群，故其值不会因采用不同的单位制而不同。但应当注意，数群中各物理量必须采用同一单位制。若流体在圆管内流动，则雷诺准数可用下式表示：

μ

ρ

du =

Re （1）

式中：Re —雷诺准数，无因次；

d —管子内径，m ；

u —流体在管内的平均流速，m ／s ； ρ—流体密度，kg ／m 3； μ—流体粘度；Pa ·s 。

层流转变为湍流时的雷诺数称为临界雷诺数，用Re c 表示。工程上一般认为，流体在直圆管内流动时，当Re ≤2000时为层流；当Re>4000时，圆管内已形成湍流；当Re 在2000至4000范围内，流动处于一种过渡状态，可能是层流，也可能是湍流，或者是二者交替出现，这要视外界干扰而定，一般称这一Re 数范围为过渡区。

式（1）表明，对于一定温度的流体，在特定的圆管内流动，雷诺准数仅与流体流速有关。本实验即是通过改变流体在管内的速度，观察在不同雷诺准数下流体的流动型态。 三、实验装置

（一）实验装置的特点:

能定性并且直观地观察到层流、过渡流、湍流等各种流型。清晰地观察到流体在圆管内流动过程的速度分布。同时可以进行孔板流量计标定实验。

（二）装置的主要技术数据及计算方法：

实验管道有效长度: L＝600 mm

外径: Do＝30 mm

内径: Di＝23.5mm

孔板流量计孔板内径: do＝9.0 mm

四. 实验装置流程和实验方法

实验装置流程如图一所示。

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) 同上面的四.1.(3)。

(2) 同上面的四.1.(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）。用孔板流量计可测得流体的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）。用秒表、量筒可测得流体的流量并计算出雷

诺准数。

3．流体在圆管内作流体速度分布演示实验

(1)首先将进口阀 3打开，关闭出口阀门7。

(2)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

(3)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

(1)关闭红水流量调节夹,使红水停止流动。

(2)关闭进水阀 3,使自来水停止流入水槽。

(3)待实验管道的红色消失时,关闭阀门 7。

(4)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：

做滞流时,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.为减小震动,若条件允许,可对实验架的底面进行固定。

雷诺实验数据表流体温度20(℃)

序号量筒体积时间流量流速

(m/s) 雷诺准数

Re

观察现

象

流型

（毫升）(秒) （m3/s）

1 70 8 8.75E-06 0.021 484.6 管中一条红

线

层流

2 8

3 2.72 3.05E-05 0.073 1690.1 管中一条红

线

层流

3 760 16.33 4.65E-05 0.112 2577.7 管中红线波

动

过渡流4 910 12.05 7.55E-05 0.182 4182.7 红水扩散湍流