实验二 雷诺实验 

实验一 雷诺实验

一、实验目的

1、建立对层流(滞流)和湍流两种流动类型的直观感性认识。 2、观测雷诺数与流体流动类型的相互关系。(选做) 3、观察层流中流体质点的速度分布。

二、实验原理

流体的流动类型与雷诺数的关系。雷诺(Reynolds)用实验方法研究流体流动时,发现影响流动类型的因素除流速外,还有管径(或当量管径)d,流体的密度ρ及粘度μ,由此四个物理量组成的无因次数群Re的值是判定流体流动类型的一个标准。

实验证明,流体在直管中流动,Re≤2000时为层流,Re≥4000时为湍流,2000

从雷诺数的定义式Re = duρ/μ来看,对同一个仪器d为定值,故u仅为流量的函数。 对于流体水来说,ρ、μ几乎仅为流量的函数。 因此确定了温度及流量,即可计算出雷诺数。

注意:

雷诺实验要求减少外界干扰,严格要求时应在有避免震动设施的房间内进行。如果条件不具备,演示实验也可以在一般房间内进行。因为外界干扰及管子粗细不均匀等原因,层流的雷诺数上界达不到2000,只能达到1600左右。

层流时红墨水成一线流下,不与水相混。 湍流时红墨水与水混旋,分不出界限。

三、实验装置

实验装置如图1-1所示。

图中大槽为高位水槽,槽中之水由自来水供给,多余之水由溢流管排出。实验时水由高位水槽进入玻璃管,经转子流量计后排出。墨水由高位墨水瓶提供,经调节阀流入玻璃管,

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在玻璃管中观察流体流动的型态。

实验管道有效长度:L=600 mm 外径:Do=30 mm 内径:Di=24.2 mm

四、实验步骤

1、实验前的准备工作

(1)实验前应仔细调整示踪剂注入管的位置,使之处于实验管道的中心线上。 (2)向红水储瓶中加入用水稀释过的红墨水。

(3)关闭流量调节阀10、7、9,打开进水阀,使水充满水槽并有一定的溢流,以保证水槽内液位恒定。

(4)轻轻打开放水阀门,排除实验管中的气体,使红水全部充满细管道中。 (5)实验前先对转子流量计进行标定,做好流量标定曲线。(选做) (6)用温度计测定水温。 2、雷诺实验过程

(1)调节进水阀,维持尽可能小的溢流量。轻轻打开流量调节阀,让水缓慢流过实验管道。

(2)缓慢打开红水流量调节夹,观察当前水流量下实验管内水的流动情况(层流流动如图1-2所示),读取流量计的流量并计算出雷诺准数。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,过一会儿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。

(3)逐步增大进水阀和出水阀开度,在维持尽可能小的溢流量的情况下提高实验管道中的水流量,观测实验管内水的流动情况(过渡流、湍流流动如图1-3所示),读取流量计的流量,并计算雷诺准数。

3、流体在圆管内流体作流体速度分布演示实验 (1)打开进口阀,关闭出口阀。

(2)打开红水流量调节夹,使红水滴落在不流动的实验管路中。

(3)突然打开放水阀门,观测管路中红水流动所形成的速度分布(如图1-4所示)。

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层流时,由于流体与管壁间的摩擦力及流体内摩擦力的作用,管中心处流体质点速度最大,愈靠近管壁速度愈小。因此,静止时处于同一横截面的流体质点,开始层流流动后,由于速度不同,组成了旋转抛物面(即由抛物线绕其对称轴旋转形成的曲面)。

4、实验结束时的操作

(1)关闭红水流量调节夹。 (2)关闭进水阀。

(3)实验管道中红水消失后,关闭放水阀。 (4)放净各处存水。

五、实验注意事项

1、注意调节针头位置,使针头位于管轴线上为佳,红墨水注射速度应与主体流

体流速相近(略低些为宜)。因此随着流速增大,应细心调节红墨水注射速度。

2、开自来水进水阀时,要控制在保持少量溢流即可,不可过大,以免水箱液面剧烈波动而影响测试数据。应尽量不要人为地使实验架产生震动。

3、实验完毕后,将管道中的有色液体排空,并冲洗干净。

六、数据整理

设备标号 ;管子内径 ;水温 ℃。 雷诺实验装置 序号 1 2 3 4 5 6 7 流量 (L/h) 流量 (m3/s) 流速 (m/s) 雷诺准数 Re 观察现象 流型 七、思考题

1、影响流动型态的因素有哪些?

2、若红墨水注入管不设在管中心,能得到预期的结果吗? 3、为什么研究流体的流动型态?它在化工过程中有什么意义? 4、实验过程中哪些因素会对实验结果产生影响?

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