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雷诺实验简单介绍
  • 发布日期:2020-07-18      浏览次数:146
    • 定义

      雷诺实验1883年,雷诺(Reynold)做了一系列经典实验,以验证前人所做的同类实验,并力求找到流体流动由层流状态过渡到湍流状态所需的条件。雷诺用滴管在流体内注入有色颜料,发现流速不大时,管内呈现一条条与管壁平行并清晰可见的有色细丝即脉线,管内流体分层流动,互不混淆,说明管内流体处于层流运动状态。若保持管径不变,增大流速,则脉线变粗,开始出现波纹,随管内流速的增加,波纹的数目和振幅逐渐加大,当流速达到某数值时,脉线突然分裂成许多运动着的小涡旋,继而很快消失,使整个管内的流体带上了淡薄的颜料的颜色。这说明管内流体的不规则运动,使各部分颜料颗粒相互剧烈掺混,并混乱而均匀地分散到整个流体之中,导致脉线消失,此时流体处于湍流状态。

      实验目的

      1、观察液体流动时的层流和紊流现象。区分两种不同流态的特征,搞清两种流态产生的条件。分析圆管流态转化的规律,加深对雷诺数的理解。

      2、测定颜色水在管中的不同状态下的雷诺数及沿程水头损失。绘制沿程水头损失和断面平均流速的关系曲线,验证不同流态下沿程水头损失的规律是不同的。进一步掌握层流、紊流两种流态的运动学特性与动力学特性。

      3、通过对颜色水在管中的不同状态的分析,加深对管流不同流态的了解。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。

      实验原理

      1、液体在运动时,存在着两种根本不同的流动状态。当液体流速较小时,惯性力较小,粘滞力对质点起控制作用,使各流层的液体质点互不混杂,液流呈层流运动。当液体流速逐渐增大,质点惯性力也逐渐增大,粘滞力对质点的控制逐渐减弱,当流速达到一定程度时,各流层的液体形成涡体并能脱离原流层,液流质点即互相混杂,液流呈紊流运动。这种从层流到紊流的运动状态,反应了液流内部结构从量变到质变的一个变化过程。

      液体运动的层流和紊流两种型态,首先由英国物理学家雷诺进行了定性与定量的证实,并根据研究结果,提出液流型态可用下列无量纲数来判断:

      Re=Vd/ν

      Re称为雷诺数。液流型态开始变化时的雷诺数叫做临界雷诺数。

      在雷诺实验装置中,通过有色液体的质点运动,可以将两种流态的根本区别清晰地反映出来。在层流中,有色液体与水互不混掺,呈直线运动状态,在紊流中,有大小不等的涡体振荡于各流层之间,有色液体与水混掺。

      2、在如图所示的实验设备图中,取1-11-2两断面,由恒定总流的能量方程知:

      因为管径不变V1=V2h

      所以,压差计两测压管水面高差h即为1-11-2两断面间的沿程水头损失,用重量法或体积浊测出流量,并由实测的流量值求得断面平均流速,作为lghflgv关系曲线,如下图所示,曲线上EC段和BD段均可用直线关系式表示,由斜截式方程得:

      lghf=lgk+m lgv lghf=lgk v m hf=kvmm为直线的斜率

      实验结果表明EC=1θ=45°,说明沿程水头损失与流速的一次方成正比例关系,为层流区。BD段为紊流区,沿程水头损失与流速的1.75~2次方成比例,即m=1.75~2.0,其中AB段即为层流向紊流转变的过渡区,BC段为紊流向层流转变的过渡区,C点为紊流向层流转变的临界点,C点所对应流速为下临界流速,C点所对应的雷诺数为下临界雷诺数。A点为层流向紊流转变的临界点,A点所对应流速为上临界流速,A点所对应的雷诺数为上临界雷诺数。

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