雷诺实验

雷诺实验

一、实验目的要求

1．观察层流、紊流的流态及其转换特征；

2．测定下临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则；

3．掌握误差分析在实验数据处理中的应用。

二、实验原理

1．实验装置图

自循环雷诺实验装置图

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。

2．实验原理

根据雷诺数的表达式Re=VD/ν，结合连续性方程Q=AV，得

Re=4Q/(πDν)

其中V表示管道中的平均流速，D表示管道直径，为水的运动粘性系数。通过层流与紊流的运动学特点，观察、判断层流向紊流转变时的情况，并测量相应数值，按上式计算获得雷诺数。层流向湍流转变的临界状态所测雷诺数称为上临界雷诺数，湍流向层流转变的临界状态所测雷诺数称为下临界雷诺数。

水的运动黏性系数与温度有关，可由下式计算出

其中T为温度，以摄氏度为单位。

三、实验方法与步骤

1．测记本实验的有关常数。

2．观察两种流态。

打开开关3使水箱充水至溢流水位，经稳定后，微微开启调节阀9，并注入颜色水于实验管内，使颜色水流成一直线。通过颜色水质点的运动观察管内水流的层流流态，然后逐步开大调节阀，通过颜色水直线的变化观察层流转变到紊流的水力特征，待管中出现完全紊流后，再逐步关小调节阀，观察由紊流转变为层流的水力特征。

3．测定下临界雷诺数。

(1)将调节阀打开，使管中呈完全紊流，再逐步关小调节阀使流量减小。当流量调节到使颜色水在全管刚呈现出一稳定直线时，即为下临界状态；

(2)待管中出现临界状态时，用体积法测定流量；

(3)根据所测流量计算下临界雷诺数，并与公认值（2300）比较，偏离过大，需重测；

(4)重新打开调节阀，使其形成完全紊流，按照上述步骤重复测量不少于三次；

(5)同时用水箱中的温度计测记水温，从而求得水的运动粘度。

[注意]

(1)每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟；

(2)关小阀门过程中，只许渐小，不许开大；

(3)随出水流量减小，应适当调小开关，以减小溢流量引发的扰动。

4．测定上临界雷诺数。

逐渐开启调节阀，使管中水流由层流过渡到紊流，当色水线刚开始散开时，即为上临界状态，测定上临界雷诺数1~2次。

四、数据处理：

实验记录表

水温度: ±(℃) 管道直径: 20 mm

量筒底面积: （200±1)*(198± mm2

号 度差

(m/s) 准数Re 现 象

（mm ） (秒) （m 3/s ） 1 40±

50±1

从完全散

开到稳定略弯曲

紊流到层流 2 36± 50±1

稳定直线

紊流到层流 3 43±

53±1

从完全散

开到稳定略弯曲

紊流到层流

根据水的运动黏性系数与温度的关系：

,

及测得水温为±℃,代入上式，求得水流的运动粘度为: ν=×10⁻⁶m 2/s. 根据公式：T T T T

∆----=∆∂∂=

∆*)6(^10*]03361.0)3(^10*585.0*)242[(*ν

ν 求得水流的运动粘度的偏差为：

ν∆= 1.0*)6(^10*]03361.0)3(^10*585.0*)249.28*2[(----

=×10-6m 2/s 即：ν=×10-6±×10-6m 2/s

由流量公式：Q= a*b*h/t 可求得流量的偏差为：

∆Q=

t t

Q

h h Q b b Q a a Q ∆∂∂+∆∂∂+∆∂∂+∆∂∂**** =

t bh a ∆*+t ah b ∆*+t ab h ∆*+2t

abh

t ∆* 由流量公式：Q=A*v 可求得： 流速公式为：v=Q/A=4Q/(πD 2) 雷诺数公式为：Re=4Q/(πD ν) 雷诺数的偏差公式为：

∆Re=

νν

∆∂∂+∆∂∂*Re

*Re Q Q =

νν

πνπ∆+∆*4*42

D Q

Q D

根据以上公式，可分别求得三组数据所对应的未知量： 1.对于第一组数据： Q1=**÷50=*10-4m 3/s ∆Q1=*10-4m 3/s Q1=（±）*10-4m 3/s v1=±(m/s)

Re1=4*Q1÷(π*D*ν)=2418

∆Re1=

Re1=2418±

雷诺数的相对误差为：δ1=%100*Re

Re

e R -'=% 2.对于第二组数据：

Q2=**÷50=*10-4m 3/s

∆Q2=*10-4

m 3

/s

Q2=（±）*10-4m 3/s v2=±(m/s)

Re3=4*Q2÷(π*D*ν)=2176

∆Re2=

Re3=2176±

雷诺数的相对误差为：δ2=%100*Re

Re

e R -'=% 3.对于第三组数据： Q3=**÷53=*10-4m 3/s

∆Q3=*10-4

m 3

/s

Q3=（±）*10-4m 3/s v3=±(m/s)

Re3=4*Q3÷(π*D*ν)=2452

∆Re3=

Re3=2452±