（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：

；

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

　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?