实验九 雷诺数的测定与流型观察

2021年1月27日发(作者：章循)
实验九


雷诺数的测定与流型观察

一、实验目的

1.
观察流体在管内流动的两种不同型态。

2.
确定临界雷诺数
Re
。

二、基本原理

1.
流体在管内流动时，一般情况下，不是处于滞流（层流）就是处于
湍流（紊流） 状态。滞流时，流体质点运动互相平行，不同流体层间的质
点彼此不发生穿插混合。湍流时，流体质点向 各个方向作不规则运动，但
流体主体仍向某一规定方向流动。判定流型的准数称为雷诺准数，以
Re
表
示。
圆直管中，
Re
＜
2000
时属于层流 ；
Re
＞
4000
时则属于湍流。
Re
在
2000
至
4000
之间时，流动处于一种过渡状态，可能为层流，也可能为湍流，或
是二者交替出现，为外界条件所左右。一般情况下把滞流变为湍流的临界
情况的
Re
称 为上临界
Re
数。
而把由湍流变为滞流的临界情况的
Re
称为下临界
Re
数。二者一般是不相等的。
Re
以下式表示：
R
e
?
式中：
d
——管子内径，
m
；







u
——流速，
m/s
；



ρ
——流体密度，
kg/m
3
；







μ
——流体黏度，
Pa
·
s
。

du
?
?

因为流体的粘度和密度与流体的温度有关，
所以 在测定
Re
数的过程中，
还必须知道流体的温度，流体在管道内流动，若已知
d
、
ρ
、
μ
，则测定出由
滞流变为湍流时的临界速度即可计 算出临界雷诺数
Re
的值。

实验观察过程中，影响流动状态的因素很多，入 口条件、有无振动现
象、流量计调节速度快慢等都会对流体流动造成影响。

2. < br>流体进入圆管，以均匀一致的速度
u
流动，由于流体粘性的影响，
相邻的流体层 间产生摩擦力，使流体流动速度发生变化，在垂直流体流动
方向产生速度梯度
du/dy
，从而形成速度分布。层流时速度分布为抛物线，
湍流时则为指数曲线（顶部较平坦）
。实验 时，通过红墨水示踪，即可观察
到不同的流动型态。

三、实验装置


如图所示，
，实验时水由水箱
1
进入实验玻璃试验管
2< br>，水量由进水阀
6
控制，
水箱内设有进水稳流装置
5
及溢流口 ，
以维持液面平稳恒定，多余
的水由溢流口管
10
排出，以保证进水阀
6
开度不变时通过实验试验管的水
流量不变，即稳定流动。

玻璃试验管内径：直径为
25mm
；全长为
1200mm
。

四、实验操作

1.
熟悉实验装置及流程；

2.
开阀
9
放一团墨水（
2cm-3cm
），再关
9
阀，略微开 启
4
阀，使管中
的水在很低的速度下流动，观察墨水顶端形状；

3 .
开阀
6
向高位槽供水，并调节
6
阀保持有少量水溢流；

4.
微开启阀
9
，调节阀
4
的开度，观察墨水线在管中出现 的不同现象；