(二)雷诺管实验
一、实验目的要求:
1、通过层流、湍流的流态观测和临界雷诺数的测量分析,掌握圆管流态转化规律;
2、进一步掌握层流、湍流两种流态的运动学特性与动力学特性;
3、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、实验装置:
自循环雷诺实验装置图
本实验的装置如所示,图中:
1.自循环供水器; 2.实验台; 3.可控硅无级调器; 4.恒压水箱; 5.有色指示水供给箱; 6.稳水孔板; 7.溢流板; 8.实验管道; 9.实验流量调节阀。
三、实验原理:
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其中:Q流量;V水体积;T时间;K系数。
四、实验方法与步骤:
1、测记本实验的有关常数。
2、观测两种流态:
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湍流的水力特征,待管中出现完全湍流后,再逐步关小调节阀,观察由湍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,使管中呈完全湍流,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刚拉成一直线状态时,即为下临界状态。每调节阀门一次,均需等待稳定几分钟。
(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。
(4)重新打开调节阀,使其形成完全湍流,按照上述步骤重复测量不少于三次。
(5)同时由水箱中的温度计测记水温,从而查得水的运动粘度。
注意:流量不可开得过大,以免引起水箱中的水体紊动,若因水箱中水体紊动而干扰进口水流时,需关闭阀门,静止3-5分钟,再按步骤(1)重复进行。
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湍流,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。
五、实验结果及要求:
1、记录计算有关常数:
管径 d=1.37cm, 水温 t=
运动粘度
计算常数K=
2、记录计算表格
表5.1
实 验 次 序 |
颜色水线 形态 |
水 体
积 V () |
时间 T(s) |
流 量 Q() |
雷诺数
|
阀 门 开 度增() 或 减() |
备注 |
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注:颜色水形态指:(1)稳定直线,(2)稳定略弯曲,(3)旋转,(4)断续,(5)直线抖动,(6)完全散开等。
六、实验分析与讨论:
1.流态判据为何采用无量纲参数,而不采用临界流速?
2.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流与湍流的判据?实测下临界雷诺数为多少?
3.雷诺实验得出的园管流动下临界雷诺数为2320,而目前一般教科书中介绍采用的下临界雷诺数是2000,原因何在?
4.试结合湍流机理实验的观察,分析由层流过渡到湍流的机理何在?
5.分析层流和湍流在运动学特性和动力学特性方面各有何差异?