雷諾實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理

雷諾揭示了重要的流體流動(dòng)機(jī)理，即根據(jù)流速的大小,流體有兩中不同的形態(tài)。反映了沿程阻力系數(shù) 是與流態(tài)密切相關(guān)的參數(shù)，計(jì)算 值必須首先確定水流的流態(tài)

定義

1883年英國(guó)科學(xué)家雷諾(Reynolds)通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)液體在流動(dòng)中存在兩種內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全不同的流態(tài):層流和紊流。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，層流的沿程水頭損失hf與流速一次方成正比，紊流的hf與流速的1.75~2.0次方成正比;在層流與紊流之間存在過(guò)渡區(qū)，hf與流速的變化規(guī)律不明確。

雷諾揭示了重要的流體流動(dòng)機(jī)理，即根據(jù)流速的大小,流體有兩種不同的形態(tài)。當(dāng)流體流速較小時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)只沿流動(dòng)方向作一維的運(yùn)動(dòng)，與其周圍的流體間無(wú)宏觀的混合即分層流動(dòng)這種流動(dòng)形態(tài)稱為層流或滯流。流體流速增大到某個(gè)值后，流體質(zhì)點(diǎn)除流動(dòng)方向上的流動(dòng)外，還向其它方向作隨機(jī)的運(yùn)動(dòng)，即存在流體質(zhì)點(diǎn)的不規(guī)則脈動(dòng)，這種流體形態(tài)稱為湍流。

反映了沿程阻力系數(shù) 是與流態(tài)密切相關(guān)的參數(shù)，計(jì)算 值必須首先確定水流的流態(tài)。

液體流態(tài)的判別是用無(wú)量綱數(shù)雷諾數(shù)Re作為判據(jù)的。

雷諾數(shù)是由流速v、水力半徑R和運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)υ組成的無(wú)量綱數(shù)，所以雷諾數(shù)Re表示慣性力與粘滯力的比值關(guān)系，當(dāng)Re較小時(shí)，說(shuō)明粘滯力占主導(dǎo)，液體為層流;反之則為紊流。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、觀察液體流動(dòng)時(shí)的層流和紊流現(xiàn)象。區(qū)分兩種不同流態(tài)的特征，搞清兩種流態(tài)產(chǎn)生的條件。分析圓管流態(tài)轉(zhuǎn)化的規(guī)律，加深對(duì)雷諾數(shù)的理解。

2、測(cè)定顏色水在管中的不同狀態(tài)下的雷諾數(shù)及沿程水頭損失。繪制沿程水頭損失和斷面平均流速的關(guān)系曲線，驗(yàn)證不同流態(tài)下沿程水頭損失的規(guī)律是不同的。進(jìn)一步掌握層流、紊流兩種流態(tài)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性與動(dòng)力學(xué)特性。

實(shí)驗(yàn)原理

1、液體在運(yùn)動(dòng)時(shí)，存在著兩種根本不同的流動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)液體流速較小時(shí)，慣性力較小，粘滯力對(duì)質(zhì)點(diǎn)起控制作用，使各流層的液體質(zhì)點(diǎn)互不混雜，液流呈層流運(yùn)動(dòng)。當(dāng)液體流速逐漸增大，質(zhì)點(diǎn)慣性力也逐漸增大，粘滯力對(duì)質(zhì)點(diǎn)的控制逐漸減弱，當(dāng)流速達(dá)到一定程度時(shí)，各流層的液體形成渦體并能脫離原流層，液流質(zhì)點(diǎn)即互相混雜，液流呈紊流運(yùn)動(dòng)。這種從層流到紊流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，反應(yīng)了液流內(nèi)部結(jié)構(gòu)從量變到質(zhì)變的一個(gè)變化過(guò)程。

液體運(yùn)動(dòng)的層流和紊流兩種型態(tài)，首先由英國(guó)物理學(xué)家雷諾進(jìn)行了定性與定量的證實(shí)，并根據(jù)研究結(jié)果，提出液流型態(tài)可用下列無(wú)量綱數(shù)來(lái)判斷:

Re=Vd/

Re稱為雷諾數(shù)。液流型態(tài)開(kāi)始變化時(shí)的雷諾數(shù)叫做臨界雷諾數(shù)。

在雷諾實(shí)驗(yàn)裝置中，通過(guò)有色液體的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，可以將兩種流態(tài)的根本區(qū)別清晰地反映出來(lái)。在層流中，有色液體與水互不混慘，呈直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在紊流中，有大小不等的渦體振蕩于各流層之間，有色液體與水混摻。

因?yàn)楣軓讲蛔僔1=V2△h

所以，壓差計(jì)兩測(cè)壓管水面高差△h即為1-1和1-2兩斷面間的沿程水頭損失，用重量法或體積濁測(cè)出流量，并由實(shí)測(cè)的流量值求得斷面平均流速，作為lghf和lgv關(guān)系曲線，如下圖所示，曲線上EC段和BD段均可用直線關(guān)系式表示，由斜截式方程得:

實(shí)驗(yàn)設(shè)備

它由能保持恒定水位的水箱，試驗(yàn)管道及能注入有色液體的部分等組成。實(shí)驗(yàn)時(shí)，只要微微開(kāi)啟出水閥，并打開(kāi)有色液體盒連接管上的小閥，色液即可流入圓管中，顯示出層流或紊流狀態(tài)。 圖7-1自循環(huán)液體兩種流態(tài)演示實(shí)驗(yàn)裝置圖

1、自循環(huán)供水器;2、實(shí)驗(yàn)臺(tái);3、可控硅無(wú)級(jí)調(diào)速器;4、恒壓水箱;

5、有色水水管;6、穩(wěn)水孔板;7、溢流板;8、實(shí)驗(yàn)管道;9、實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥

供水流量由無(wú)級(jí)調(diào)速器調(diào)控，使恒壓水箱4始終保持微溢流的程度，以提高進(jìn)口前水體穩(wěn)定度。本恒壓水箱還設(shè)有多道穩(wěn)水隔板，可使穩(wěn)水時(shí)間縮短到3~5分鐘。有色水經(jīng)水管5注入實(shí)驗(yàn)管道8，可據(jù)有色水散開(kāi)與否判別流態(tài)。為防止自循環(huán)水污染，有色指示水采用自行消色的專用有色水。?