雷诺实验

导读:雷诺实验,一、实验目的,加深对雷诺数的理解,2、测定颜色水在管中的不同状态下的雷诺数及沿程水头损失,学习古典流体力学中应用无量纲参数进行实验研究的方法,二、实验原理,首先由英国物理学家雷诺进行了定性与定量的证实,在雷诺实验装置中,2、在如图所示的实验设备图中,实验结果表明EC=1,C点所对应的雷诺数为下监界雷诺数,A点所对应的雷诺数为上临界雷诺数,三、实验设备,下图是流态实验装置图,实验时,图

雷诺实验

雷诺实验

一、实验目的

1、观察液体流动时的层流和紊流现象。区分两种不同流态的特征,搞清两种流态产生的条件。分析圆管流态转化的规律,加深对雷诺数的理解。

2、测定颜色水在管中的不同状态下的雷诺数及沿程水头损失。绘制沿程水头损失和断面平均流速的关系曲线,验证不同流态下沿程水头损失的规律是不同的。进一步掌握层流、紊流两种流态的运动学特性与动力学特性。

3、通过对颜色水在管中的不同状态的分析,加深对管流不同流态的了解。学习古典流体力学中应用无量纲参数进行实验研究的方法,并了解其实用意义。

二、实验原理

1、液体在运动时,存在着两种根本不同的流动状态。当液体流速较小时,惯性力较小,粘滞力对质点起控制作用,使各流层的液体质点互不混杂,液流呈层流运动。当液体流速逐渐增大,质点惯性力也逐渐增大,粘滞力对质点的控制逐渐减弱,当流速达到一定程度时,各流层的液体形成涡体并能脱离原流层,液流质点即互相混杂,液流呈紊流运动。这种从层流到紊流的运动状态,反应了液流内部结构从量变到质变的一个变化过程。

液体运动的层流和紊流两种型态,首先由英国物理学家雷诺进行了定性与定量的证实,并根据研究结果,提出液流型态可用下列无量纲数来判断:

Re=Vd/ν

Re

在雷诺实验装置中,通过有色液体的质点运动,可以将两种流态的根本区别清晰地反映出来。在层流中,有色液体与水互不混惨,呈直线运动状态,在紊流中,有大小不等的涡体振荡于各流层之间,有色液体与水混掺。

2、在如图所示的实验设备图中,取1-1,1-2两断面,由恒定总流的能量方程知:

p1a1V12p2a2V22z1???z2???hf

?2g?2g因为管径不变V1=V2 ?hf?(z1?p1p)?(z2?2)?△h ??所以,压差计两测压管水面高差△h即为1-1和1-2两断面间的沿程水头损失,用重量法或体积浊测出流量,并由实测的流量值求得断面平均流速V?Q,作为lghf和lgv关系曲A线,如下图所示,曲线上EC段和BD段均可用直线关系式表示,由斜截式方程得:

lghf=lgk+mlgv lghf=lgkvm hf=kvm m为直线的斜率

式中:m?tg??lghf?lghf21lgv2?lgv1

实验结果表明EC=1,θ=45°,说明沿程水头损失与流速的一次方成正比例关系,为层流区。BD段为紊流区,沿程水头损失与流速的1.75~2次方成比例,即m=1.75~2.0,其中AB段即为层流向紊流转变的过渡区,BC段为紊流向层流转变的过渡区,C点为紊流向层流转变的临界点,C点所对应流速为下临界流速,C点所对应的雷诺数为下监界雷诺数。A点为层流向紊流转变的临界点,A点所对应流速为

上临界流速,A点所对应的雷诺数为上临界雷诺数。

三、实验设备

下图是流态实验装置图。它由能保持恒定水位的水箱,试验管道及能注入有色液体的部分等组成。实验时,只要微微开启出水阀,并打开有色液体盒连接管上的小阀,色液即可流入圆管中,显示出层流或紊流状态。

图7-1 自循环液体两种流态演示实验装置图

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

供水流量由无级调速器调控,使恒压水箱4始终保持微溢流的程度,以提高进口前水体稳定度。本恒压水箱还设有多道稳水隔板,可使稳水时间缩短到3~5分钟。有色水经水管5注入实验管道8,可据有色水散开与否判别流态。为防止自循环水污染,有色指示水采用

四、实验步骤 1

2、微微开启泄水阀及有色液体盒出水阀,使有色液体流入管中。调节泄水阀,使管中的有色液体呈一条直线,此时水流即为层流。此时用体积法测定管中过流量。

3、慢慢加大泄水阀开度,观察有色液体的变化,在某一开度时,有色液体由直线变成

4、继续逐渐开大泄水阀开度,使有色液体由波状形变成微小涡体扩散到整个管内,此

5、以相反程序,即泄水阀开度从大逐渐关小,再观察管中流态的变化现象。并用体积

五、绘图分析

在双对数纸上以V为横坐标,hf为纵坐标,绘制lgV~lghf曲线,并在曲线上找上临界流速VK上,计算上临界雷诺数REK上?Vk上?d并定出两段直线斜率m1,m2。 ?lghf?lghf21m?lgv2?lgv1

将从图上求得的m值与各流区m理论值进行比较,并分析不同流态下沿程水头损失的变化规律。

六、思考题

1、液体流态与哪些因素有关?为什么外界干扰会影响液体流态的变化?

2、雷诺数的物理意义是什么?为什么雷诺数可以用来判别流态?

3.临界雷诺数与哪些因素有关?为什么上临界雷诺数和下临雷诺数不一样? 4.流态判据为何采用无量纲参数,而不采用临界流速?

5.分析层流和紊流在动力学特性和运动学特性方面各有何差异?

6.为何认为上临界雷诺数无实际意义,而采用下临界雷诺数作为层紊流的判据?本实验中如在相同条件下(环境、温度、仪器设备等)测出下临界雷诺数与所测上临界雷诺数有何异同?为什么?

五星文库wxphp.com包含总结汇报、党团工作、IT计算机、资格考试、外语学习、旅游景点、行业论文、计划方案、人文社科以及雷诺实验等内容。