1、精選文檔雷諾試驗一、試驗目的1. 觀看層流和紊流的流態及其轉換特征。 2. 通過臨界雷諾數，把握圓管流態判別準則。3. 把握誤差分析在試驗數據處理中的應用。 二、試驗原理1、實際流體的流淌會呈現出兩種不同的型態：層流和紊流，它們的區分在于：流淌過程中流體層之間是否發生混摻現象。在紊流流淌中存在隨機變化的脈動量，而在層流流淌中則沒有，如圖1所示。2、圓管中恒定流淌的流態轉化取決于雷諾數。雷諾依據大量試驗資料，將影響流體流淌狀態的因素歸納成一個無因次數，稱為雷諾數Re，作為判別流體流淌狀態的準則式中 流體斷面平均流量 , 圓管直徑 , 流體的運動粘度 , 在本試驗中，流體是水。水的運動粘度與溫度的

2、關系可用泊肅葉和斯托克斯提出的閱歷公式計算式中水在時的運動粘度，； 水的溫度，。3、判別流體流淌狀態的關鍵因素是臨界速度。臨界速度隨流體的粘度、密度以及流道的尺寸不同而轉變。流體從層流到紊流的過渡時的速度稱為上臨界流速，從紊流到層流的過渡時的速度為下臨界流速。4、圓管中定常流淌的流態發生轉化時對應的雷諾數稱為臨界雷諾數，對應于上、下臨界速度的雷諾數，稱為上臨界雷諾數和下臨界雷諾數。上臨界雷諾數表示超過此雷諾數的流淌必為紊流，它很不確定，跨越一個較大的取值范圍。而且極不穩定，只要稍有干擾，流態即發生變化。上臨界雷諾數常隨試驗環境、流淌的起始狀態不同有所不同。因此，上臨界雷諾數在工程技術中沒有有用

3、意義。有實際意義的是下臨界雷諾數，它表示低于此雷諾數的流淌必為層流，有確定的取值。通常均以它作為判別流淌狀態的準則，即 Re < 2320 時，層流 Re > 2320 時，紊流該值是圓形光滑管或近于光滑管的數值，工程實際中一般取Re = 2000。5、實際流體的流淌之所以會呈現出兩種不同的型態是擾動因素與粘性穩定作用之間對比和抗衡的結果。針對圓管中定常流淌的狀況，簡潔理解：減小 D ，減小 ，加大 v 三種途徑都是有利于流淌穩定的。綜合起來看，小雷諾數流淌趨于穩定，而大雷諾數流淌穩定性差，簡潔發生紊流現象。6、由于兩種流態的流場結構和動力特性存在很大的區分，對它們加以判別并分別爭

4、辯是格外必要的。圓管中恒定流淌的流態為層流時，沿程水頭損失與平均流速成正比，而紊流時則與平均流速的1.752.0次方成正比，如圖2所示。7、通過對相同流量下圓管層流和紊流流淌的斷面流速分布作一比較，可以看出層流流速分布呈旋轉拋物面，而紊流流速分布則比較均勻，壁面流速梯度和切應力都比層流時大，如圖3所示。 圖1 三種流態示意 圖2 三種流態曲線 圖3 圓管斷面流速分布三、試驗裝置四、試驗數據分析有關常數：管徑 d 30， 水溫 T 27，運動粘性系數：v m2/s 表1 數據記錄表格項目測次流量(L/h)溫度()雷諾數(Re)誤差顏色水形態上臨界雷諾數127726.8378639.26%完全散開

5、上臨界雷諾數226827366337.22%完全散開上臨界雷諾數327727378639.26%完全散開下臨界雷諾數115326.82092-9.98%穩定直線下臨界雷諾數217426.923783.30%直線搖擺下臨界雷諾數3156272132-7.86%穩定直線注：顏色水形態指：穩定直線，穩定略彎曲，直線搖擺，直線抖動，斷續，完全散開等。三次測量取平均值，可得下臨界雷諾數為,與公認值相比，可得誤差為五、誤差分析運動粘度偏差公式求得水流的運動粘度的偏差為：= 即：由流量公式： 由流量公式：Q=A*v可求得：流速公式為：v=Q/A=4Q/(D2)雷諾數公式為：Re=4Q/(D)雷諾數的偏差公式

6、為：Re= =依據以上公式，可分別求得三組數據所對應的未知量：1.對于第一組數據： 雷諾數的相對誤差為： 2.對于其次組數據： 雷諾數的相對誤差為： 3.對于第三組數據： 雷諾數的相對誤差為： 以上三組數據所求得的雷諾數的相對誤差均處于誤差允許范圍內，所以可認為試驗測得數據合理有效。誤差來源1、儀器誤差使用2L量筒以及秒表測量出水口處流量，約為，此時儀器顯示，計算誤差，有 , 儀器誤差是主要誤差2、人為誤差由于上下臨界雷諾數的判定是由人眼觀看管中紅墨水線的形態推斷，所以在推斷過程中會有些許誤差，這些誤差體現在流量中。即，對于臨界狀態的推斷會影響最終對流量值得記錄，導致雷諾數產生誤差，這是不行避

7、開的誤差。3、外部環境影響 受到桌面振動等影響會對試驗造成肯定的誤差，在試驗過程中已經力求避開這樣的誤差。六、分析思考問題1、層流、紊流兩種水流流態的外觀表現是怎樣的？答：層流：質點有規律地作分層流淌，管內顏色水成一股細直的流束，運動要素無脈動現象。 紊流：質點相互混滲作無規章運動，管內顏色水成直線抖動、斷續或是完全散開，最終與四周清水快速相混，運動要素發生不規章的脈動現象2、 雷諾數的物理意義是什么？為什么雷諾數可以用來判別流態？答：雷諾數物理意義：慣性力與粘性力之比，是表征流淌狀態的一個無因次數。層流：流體質點始終沿流線運動，彼此平行，不發生相互混雜的流淌。紊流：流體質點在運動過程中，相互

8、混雜、穿插的流淌。（紊流包含，主體流淌+各種大小強弱不同的旋渦）因層流與紊流所處的狀態不同，故數值大小也不同，所以可以用雷諾數來差別流態，數值大于臨界值的為紊流，小于臨界值的為層流。3、 臨界雷諾數與哪些因素有關？為什么上臨界雷諾數和下臨雷諾數不一樣？答：臨界雷諾數與流速、管徑、流體的動力粘度及流體的密度有關。上臨界雷諾數和下臨雷諾數之所以不一樣是由于混亂無章的流淌所具有的慣性力大于層流的粘性力；當從層流變成紊流時，粘性力漸漸減小，慣性力漸漸增大，由于不同的力所主導的作用不一樣，所以上臨界雷諾數和下臨雷諾數不一樣。4、 流態判據為何接受無量綱參數，而不接受臨界流速？答：流速只能代表慣性力。雷諾數是慣性力與粘性力之比。推斷一個流態是層流還是湍流要看它的雷諾數是否超過臨界雷諾數。只看速度是不夠的，比如兩個相同速度