雷諾實驗教案

實驗一雷諾實驗

一、實驗目的

1、建立滯流和湍流兩種流動形態感性認識。

2、滯流時導管中的流速分布。

二、實驗原理

雷諾揭示了重要的流體流動機理，即根據流速的大小,流體有滯流（層流）和湍流（紊流）兩種不同的形態。滯流時，流體流速較小，流體質點只沿流動方向作一維的運動，各質點運動互相平行，不同流體層間的質點彼此不發生穿插混合。湍流時，流體質點向各個方向作不規則運動，但流體主體仍向某一規定方向流動。

判定流體型別的準數稱為雷諾準數，以re表示。圓直管中，re＜2000時屬於層流；re＞4000時則屬於湍流。re在2000至4000之間時，流動處於一種過渡狀態，可能為層流，也可能為湍流，或是二者交替出現，為外界條件所左右。

一般情況下把滯流變為湍流的臨界情況的re稱為上臨界re數。而把由湍流變為滯流的臨界情況的re稱為下臨界re數。二者一般是不相等的。

re以下式表示：。

因為流體的粘度和密度與流體的溫度有關，所以在測定re數的過程中，還必須知道流體的溫度，流體在管道內流動，若已知d、ρ、μ，則測定出由滯流變為湍流時的臨界速度即可計算出臨界雷諾數re的值。實驗觀察過程中，影響流動狀態的因素很多，入口條件、有無振動現象、流量計調節速度快慢等都會對流體流動造成影響。

流體進入圓管，以均勻一致的速度u流動，由於流體粘性的影響，相鄰的流體層間產生摩擦力，使流體流動速度發生變化，在垂直流體流動方向產生速度梯度du/dy，從而形成速度分布。層流時速度分布為拋物線，湍流時則為指數曲線（頂部較平坦）。實驗時，通過紅墨水示蹤，即可觀察到不同的流動型態。

三、實驗裝置

實驗時水由高位水箱進入實驗玻璃管，水量由閥控制，箱內設有進水穩流裝置及溢流裝置，以維持液面平穩恆定，多餘的水由溢流管排出，以保證c閥開度不變時通過實驗管的水流量不變，即穩定流動。

四、實驗步驟

1、通過進水管將水不斷注入水箱，由溢流口將過多的水流出，保持水位恆定。

2、隨著水調節閥緩緩開啟，紅水調節閥微開，演示管水流**現一絲穩定而明顯的著色直線。

3、當流量小於150l/h時，層流現象明顯，此時可計算得re<2000。

4、逐漸增大流速，當流量增大倒某臨界值時，著色線開始抖動、彎曲、繼而斷裂，最後完全與水流主體混在一起。

5、實驗結束後，將水箱內水排光，關閉紅水閥。

五、注意事項

1、實驗中保持水箱水位恆定。

六、思考題

1、為什麼可以用re數判斷流體的流型？

2、影響流動形態的因素有哪些？

3、研究流體流動形態對化工生產有何指導意義？

4、 .滯流和湍流的區別在本實驗中有哪些表現？

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