雷诺实验
雷诺实验（新）
一、目的与任务
1、观察层流、紊流流态及其转换特征。
2、测定临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则。
3、学习古典流体力学中应用无量钢参数进行实验研究的方法，并了解其实用意义。
4、本实验配备多媒体实验课件，可进行模拟实验演示、模拟测试、问题讨论等。
二、内容、要求与安排方式
1、实验内容与要求：演示雷诺实验全过程，测定临界雷诺数。
2、实验安排方式：观看CAI电化教学片；观看实验演示；测读数据。
三、实验步骤、
1、检查有色水箱5中特制颜色水水位，如水量不足应予补充。
2、开启供水电源开关并调整无级调速器达适当流量。刚旋开开关时流量最大，顺时针逐渐减小。（注意：调速器不能长时停留在最大流量位置，这样易损坏可控硅器件）
3、调节颜色水软管上的水止，使颜色水流束适宜。
4、慢慢调节实验流量调节阀9，使实验管道重复产生层、紊流态，并认真观察过度过程，
5、实验结束前关紧颜色水软管上的水止，然后关闭电源开关。
6、如需测试临界雷诺数，可用尾部重量法测流装置依次测定流量。
四、设备
1、雷诺实验仪1套；多媒体计算机及CAI电化教学片软件一套。
2、消耗性器材：蒸馏水、特制颜色水、量筒、可控硅调速器及零件等。
五、实验装置、
1、自循环供水器；
2、实验台；
3、可控硅无级调速器；
4、恒压水箱；
5、有色水水
管；
6、稳水孔板；
7、溢流板；
8、实验管道；
9、实验流量调节阀。
七、实验报告要求、
1、根据实测记录，计算临界雷诺数。
2、试说明对本实验的认识及对实验现象的理解。
量测实验十二圆柱表面压强分布的测量
一实验目的：
1．熟悉多管压差计测量圆柱体压强分布的方法；
2．了解利用压力传感器、数据采集系统测量绕流圆柱表面压强分布的方法；
3 绘制压强分布图，并计算图柱体的阻力系数。
二实验装置：
1. 小型风洞或气动台；
2. 多管压差计；
3. 压力传感器，数据采集模块及其系统。
三实验原理：
1. 小型风洞或气动台经风机产生的气流经过稳压箱，收缩段，进入实验段。
圆柱体安装在实验段的中部。气动台稳压箱的气流速度近似为零，其压强可认为是驻点压强p 0。小型风洞在试验段上部设置了一个正对来流方向的导管，为驻点压强p 0。实验段中分布比较均匀的气流，速度为V ∞，压强为p ∞。气流绕圆柱体流动时，流动变得复杂起来。本实验为了测量圆柱体表面各点的压强分布，在圆柱体表面开设一个测压孔，测压孔通过一个细针管接出与多管压差计或压力传感器相连，细针管垂直方向装有指针，当转动圆柱时其转角通过角度盘指针的读数来表示，因而随着测压孔位置的改变，即可将绕圆柱体整个壁面上的压强分布测出。
图2.2.1 圆柱表面压强分布实验装置
2. 多管压差计的方法测量原理：
在流体力学中，绕流阻力即流体绕物体流动而作用于物体上的阻力，由摩擦阻力f D 和压强阻力p D 构成，其f D 相对于p D 小得多，在本实验中可忽略不计。其压强用无量纲的参数——压强系数C P 来表示：
由伯努利方程2202
12
1V p V p p ρρ+=+=∞∞
推导得到各个不同角度测点的压强系数Cp
∞∞
∞∞∞--=--=-=
l l l l p p p p V p p Cp 0022
1ρ ( 2-2-1 )
式中p 为圆柱体不同测点压强。0p 为稳压箱压强（或称驻点压强，总压），P ∞由收缩段出口测得(或来流压强，静压)，ρ为流体密度、V 为来流流速，l 为圆柱体测点在多管压差计上的读数， ∞l 为静压读数， 0l 为总压读数。
对无环量理想流体绕流圆柱体的压强阻力系数的理论解为
θρsin 412
120-=-=
∞
V p p C p ( 2-2-2 )
对多管压差计实验装置，来流动压为
e h p p V γρ?=-=∞022
1 ( 2-2-3 )
式中0p 为稳压箱压强，∞p 为收缩段压强。来流流速为
αααγγγ
e
h g p p g V cos 220?=???
? ??-=∞
( 2-2-4 ) 式中αγ为空气的容重、e γ为测压计内液体的容重、α为测压计排管与垂线的夹角，h ?为总压与静压压差计上的差值。
物体的阻力包括粘性阻力和压差阻力，粘性阻力很小，可以忽略不计，因此阻力F D 和阻力系数C D 可以表示为
θθπd cos )(20
R p p F D ?∞-= （2-2-5）
θ
θρθ
θρπ
π
d cos 2
1d cos )(2
10
220
2??
=-=
=
∞∞∞p D D C V R p p V F C （2-2-6）
式中，θ是测点位置的圆周角度，从前驻点起算。
本实验在0~180θ= 的范围内布置N 个测点，于是
)]()cos ()cos [(2
1111
i i i p i N
i p D C C C θθθθ-+=++=∑ （2-2-7）
通常，N=37，15i i θθθ+?=-= ，但也可以不受此限制，实验者可以自己选定N 和Δθ。
式中θ为测点法线方向与来流流体的夹角。 雷诺数ν
d
u R e 0=
( 2-2-8)
式中d 为圆柱体的直径、ν为流体的运动粘滞系数。
3 利用压力传感器以及数据采集系统方法：
本实验使用的压力传感器属于压阻型，承压元件是一块单晶硅膜片，膜片上台阶有4个应变电阻丝（是用集成电路工艺的扩散法制成的），膜片受压面发生变形时，电阻丝也也随之变形，电阻值发生改变。电阻的变化用电桥测量，电桥的输出电压E 与膜片上、下表面的压强差p ?成线性关系。在本章节2.1实验中
已经测出这种线性关系，已知电压E 就容易求得压差p ?。
压力传感器的输出电压E 由数据采集系统自动读取。本实验使用7017
型8路A/D 转换板卡。压力传感器有两个接口，一个接高压（H ），另一个接低压（L ）。在本实验中，总压p 0最高，因此将其引至高压接口，压力传感器的低压接口上连接一个三通开关，可以轮流切换至p ∞或P 的接口。当阀门把手与气管轴线同向时，阀门开启。当阀门把手与气管轴成垂直时，阀门关闭。压力传感器在稳压直流电源下工作。
根据公式各个测点压强系数值的计算公式 ∞∞
∞--=-=
p p p p V p p Cp 022
1ρ ，我们
得知可以利用压差传感器进行总压和静压的差值∞-p p 0以及各个测点与静压的差值∞-p p 的测量，测量中运用了一个压差变送器。压差变送器的高压端（有H 标示）接总压0p ，低压端（有L 标示）是静压以及测点压强共用的，那么采用两个小阀门在静压管和测点管上，实现三通，如图所示：顺着管方向为开，与管呈垂直状态为关。
可先测量0p p -（开通p 管，关闭p ∞管），再测0p p ∞-（开通p ∞管，关闭p 管）。系统根据算式00()()p p p p p p ∞∞-=---，就可得到式(2.2.1)的值。
压差传感器输出的电信号经“多路数据采集系统”中数据采集模块以每秒20次的频率采集，通过编制相应的数据采集测试的软件，即可实现计算机的实时数据测量与采集以及计算。 四． 实验步骤
（一） 利用多管压差计的方法：
1．按图2-1所示装好实验段，将气动台上部稳压箱接出的总压管，实验段接出的静压管以及圆柱体后接出的测点压强管接在多管压差计上；
2． 调多管测压计使其水平，调酒精库使排管液位在95㎜左右，排管与垂线夹角0=α°，取走实验台面上的活动板，将指针转到70°角处；
3．接通电源，慢慢打开调节阀门，当70°角处测压管液位达160㎜左右时停止，再将指针转到0°角，待测压管液位不再变化时读稳压箱、收缩段及测点的测压管读数，取液位波动时的平均值。测点间隔，0°～180°范围取5°
，共计
37个测量点。整个测量过程注意稳压箱及收缩段的测压管读数是否有变化并记录变化值，计算时取平均值；
3．测量空气温度和大气压，记录有关常数值；
4．注意事项：酒精库的液位在管子中心处。整个实验过程不得对气流进行干扰，如用手阻止气流，记录纸进入实验台面的孔口，移动调节阀门等。实验完毕断电停机。
（二）利用压力传感器数据采集系统方法：
1. 将风洞或气动台的总压管与压差变送器的高压端（H端）相接，静压端
和圆柱体测孔出来的两根硅胶管接在一个三通阀的两端，上有旋转式开关控制，三通阀另一段接在压差变送器的低压端（L端）；三通阀顺着管子方向即为开，垂直状态即为关；
2．打开计算机主机旁边标有“武汉超宇测控技术有限公司”标志的“多路数据采集系统”电源；并经数据线与计算机USB接口相接；
3. 点击计算机桌面“圆柱体表面压强系数测量”后，进入数据采集界面（如图1)；
图 1
4. 测试界面在“串口设置”中，需选择与数据采集系统的计算机端口，
可在计算机桌面点击“我的电脑”右键进入“设备管理器”中查找端口设
置，会看到：Prolific usb-to-serial comm. Port(com3)或（com4），然
后在计算机测试界面“串口设置”中选择相应的端口；
5．点击“打开串口”，使其出现“关闭串口”状态（表明串口处于工作
状态）；如果不能打开，请将数据线在计算机USB接口处重新拿下再相接
（如果忘记实验结束时候关闭串口，则下组实验可能发生串口不能正常打
开的情况，请注意实验结束时关闭串口）；
6．同时可根据实验报告内容，填写相关实验信息；（圆柱体直径，实验
室有温度计与气压计）；请查看后填写
7．圆柱体上有指针标示测孔与来流方向的夹角，按照要求0°～180°范
围内每隔5°取一次测点的要求，取37测次。旋转圆柱体指针到测点位
置；
8．在测试界面上填写该测点圆周角度a,点击“选择测量点“P0-P∞”，即要求测量总压与静压差值，打开三通阀上静压管阀门，关闭圆柱体测
点管阀门，之后点击“测量”，则测试结果显示在右边的相应栏中；
9. 点击“选择测量点“P0-P”，即要求测量总压与圆柱图测点处的压差，
则打开三通阀上圆柱体测点管阀门，关闭静压管阀门，点击“测量”；
结果显示在右边的相应栏中，然后点击“记录数据”；即数据可记录在下
侧的数据栏中
10. 依次重复，到180°结束。
11. 可手工记录测量数据，也可在点击“数据输出”后，在“圆柱体表
面压强系数测量”文件夹中，找到记事本文件，里面即为实验数据，可
拷贝；
12．在征得指导教师同意后方可进行“计算登录”，计算结果将显示在
右边的列表中，再点击“数据输出”；
13．完成实验后，请点击测试界面的“关闭串口”，使之关闭串口，关
闭多路数据采集系统电源，关闭测试界面，清空记事本中实验数据；
14．请关闭气动台或风动电机电源。
五实验结果记录以及处理：
（一）利用多管压差计的方法：
设备编号 测压计排管与垂线的夹角
=α
°
圆柱体直径 14=d ㎜ 稳压箱测压管读数 ㎜ 圆柱体长度 50=L ㎜ 收缩段测压管读数 ㎜ 空气温度 =t ℃ 通大气测压管读数 ㎜Hg 记录表
角度
θ
e
p
γ
㎜
p C
θcos p C
角度
θ
e
p
γ
㎜
p C
θcos p C
0° 70° ; ; ; ; 65°
180
（二）数据采集系统方法：
直接打印或存储数据列表或直接记录数据。
六 成果要求：
1．算出压强系数p C 及θcos p C
2．用方格纸绘出以θcos p C 为纵坐标，以θ角为横坐标的关系图。积分此曲线下的面积算出阻力系数D C 值。
3.用方格纸绘出以p C 为纵坐标，以θ角为横坐标的关系图。
量测实验十三 平板边界层实验
方法1：多管测压计法：
（一）实验目的
1．测定平板边界层内的流速分布，从而确定流速分布指数规律、边界层名义厚度δ、位移厚度1δ、动量厚度2δ、能量厚度3δ。
2．掌握毕托管和测压计的测速原理和量测技能。 （二）DQS 系列空气动力学多功能实验装置：
该装置相当于小型风洞，为组装式结构。由主机和多种易更换实验段组成，流量可以控
制。风机提供气流，在压出段设有流量调节阀门，气流通过风道进稳压箱流速减慢进入阻尼网，阻尼网由二层细密钢丝网构成，可将流体较大尺度的旋涡破碎，使气流均匀地进入收缩段，经过收缩段可将收缩段进口的速度不均匀度缩小n 2倍，n 为收缩比，本收缩段的收缩比较大。收缩曲线应用波兰人维托辛斯基曲线。收缩段出口接各种实验段，实验排放的气流由实验台面的孔口进吸音箱回到风机入口，如图1所示。
多管测压计，设有可改变角度的测压排管及调平设置，当测某点压强时取与大气连通的测压管与该点测压管的读数差，即为测点的压强水头，如图2所示。
1.稳
压
箱
1.测压管
2.收缩段 2.角度盘
3.风道 3.支架
4.调节阀门
4.联通管
5.通风机 5.输液管
6.吸音箱 6.酒精库
7.阻尼网 7.通气管
图 1 图 2 （三）实验段简图
稳压箱内的气流经过阻尼网及收缩段均匀进入实验段，在实验段轴心位置安装一块一面光滑一面粗糙的平板，平板可沿轴线滑动，在实验段的出口装有精致的鸭咀形毕托管，其头部厚度仅有0.3㎜,并配有千分卡尺，灯光显示设置和多管测压计，见图1-1。 （三）实验原理及计算式
1．平板紊流边界层的流速分布
实际流体因存在粘性，紧贴壁面的流体将粘附于固体表面，其相对速度为零，沿壁面法向随着与壁面距离的增加，流体的速度逐渐增大，当距离为δ时，其速度达到未受扰动的主流流速∞u ，这个厚度为δ的薄层称为边界层，通常规定从壁面到∞=u u x 99.0处的距离作为边界层的厚度。
边界层的厚度沿平板长度方向是顺流渐增的，在平板迎流的前段是层流边界层，如果平板足够长，则边界层可以过渡到紊流，判别过渡位置的特征值是雷诺数x Re ，如图1-2所示。
若量测断面坐标为x ，则该断面x Re 为
ν
x
u x ∞=
Re (本装置用0u 代表∞u ) ( 1－1 )
其中ν为空气运动粘滞系数，α
ρμν=
μ为动力粘滞系数，αρ为空气密度。
n
T T ???
?
??=00μμ 15.2880=T °Ｋ时，250/·10789.1m S N -?=μ
K ℃t T 15.273/+=
90°K ＜T ＜300°K 时，n 取8/9，代入
29
85/·
15.28810789.1m S N K T ??
?
????=-μ 紊流边界层内的流速分布用指数律表示为 图 1 - 1
n
x y u u 10??
?
??=δ ( 1－2 )
式( 1－1 ) 、( 1－2 )中
x 量测断面纵向坐标
y 量测点的横向坐标
x u 测点流速
δ 量测断面x 处的边界层厚度（即099.0u u x =处的y 值） 图 1－2 0u 量测断面x 处的边界层外主流流速
通过对该断面流速分布的量测，以及对实验数据的处理，并绘制双对数图，可确定指
数n 值的大小。根据资料介绍x Re 为510时，其光滑壁面的n 值约为7。可根据n 值计算1δ、
2δ、3δ。
亦可在已知速度剖面的条件下计算各种厚度，二者的计算式分别为：
边界层位移厚度1δ ()
n +=
11δ
δ ( 1－3 )
dy u u x
????
?
?
?-
=δ
δ0
11 ( 1－3 )’ 边界层动量损失厚度2δ ()()
n n n ++=
212 δ
δ ( 1－4 )
dy u
u u u x x
?
???
? ??-=δ
δ0
00
21 ( 1－4 )’ 边界层能量损失厚度3δ ()()
n n n ++=
3123 δ
δ ( 1－5 )
dy u
u u u x x
?
???
?
??-=δ
δ0
202
31 ( 1－5 )’ 2．毕托管与多管测压计的测速原理
根据元流能量方程，毕托管处的驻点压强0P 为
g
u p P x
a
a
220
+=
γγα
( 1－6 ) a γ为空气容重，αp 为大气压强，测点流速为
a
x p p g
u γα
-=02 ( 1－7 )
0p 用测压计测定，根据静压基本方程0p 为
h p p e γα+=0 ( 1－8 )
e γ为测压管内流体的容重，h 为垂直的液柱高，即大气连通测压管与测点测压管的读
数差，当测压排管与垂线的夹角为α时。h 值为αco s
1h ,(1h 为测压计斜管读数),其αcos 10h p p e γα+=，代入式( 1－7)
αcos 21h g
u a
e
x γγ= ( 1－9 ) 式( 1－9)中，g a αργ= 2/8.9s m g = 3/m N
RT
p
=
αρ 3/m kg ( 1－10 ) 式( 1－10)中p 为大气压。1㎜Hg=133.322/m N
R 为气体常数 K Kg J R ·/063.287= (焦耳/千克·绝对温度)
T 为绝对温度值 K ℃t T 15.273+=
（四）实验步骤
1．按图1-1所示装好实验段。调多管测压计底座使其水平，调酒精库使管液位在160㎜左右，排管与垂线夹角?=10α。酒精库内液位在管子的中部，取走实验台面的活动板。将指示灯电线一端接到实验板上，另一端接到毕托管上。顺时针旋转千分尺使毕托管向实验板靠近，一定要缓慢旋转，以免碰坏毕托管，当指示灯发出微光时停止旋转（注意不要将毕托管与实验板顶得太紧），此点为第二个测点，其y 值为毕托管头部厚度的一半即
㎜y 15.0=，第一个测点为实验板壁面0=y 。将指示灯的二根电线移出实验段，以免干
扰气流。
2．接通电源，慢慢打开调节阀门至最大开度，待测压管液位不再变化时，读毕托管及与大气连通测压管的读数，取液位波动的平均值并记录。逆时针旋转千分尺，使毕托管离开实验板，每转一格其间距为0.01㎜，前5个测点的间距取3格。其后的3个测点的间距取5格，后面的测点间距可放大到15格、30格、50格等。测点总数在20个左右，记录千分卡尺旋转距离和对应的测压管读数1h 值，当测压管读数1h 值不再继续变化时，即达主流区，其流速为0u ，计算出099.0u u x =处的测压计读数'h ，（'h 测点的y 值即为边界层的厚度
δ)。再顺时针慢慢旋转千分卡尺并仔细观察测压计，当其读数1h 等于'h 时停止旋转，在顺
时针旋千分尺时一定要慢旋并记录旋转的圈数，用逆时针旋转的圈数扣除顺时针旋转的圈数。其y 值即为该断面边界层的厚度δ。尚可测量不同断面不同流量时的边界层厚度，即下滑实验板，调小流量，实验方法相同。
3．记录有关常数，测量温度及大气压。
4．注意事项 整个实验过程不得干扰气流，如用手阻止气流，记录纸进入实验台面的孔口，移动调节阀门等。实验完毕断电停风。
（五）实验记录 1．常数 设备编号
测压管与垂线的夹角 =α ° 毕托管头部宽度 3.0=b ㎜ 空气温度 =t ℃ 大气压力表读数 ㎜Hg 通大气测压管读数 ㎜
2．记录表
项目 序号
千分尺旋转格数 距实验
板距离y ㎜ 测压管读数 ㎜ u
s m /
δ/y
0/u u
???? ??-001u u u u ???
? ??-20201u u u u x
1
。。
25
（六）成果要求（仅供参考）
1．绘制0
lg
u u
与δy lg 的关系曲线，确定指数n 值。注意连线要分段，用式(1-3)、式(1-4)、
式(1-5)式计算边界层的各种厚度。
2．绘制y 与0u u
、???? ??-001u u u u 、???? ?
?-202
1u u u u x 三条关系曲线，用式(1-3)’
、式(1-4)’、式(1-5)’计算边界层的各种厚度，以上要求仅供参考，各校可根据自己的教学内容确定。
方法2：采用压差传感器和数据采集系统代替多管压差计的：
将皮托管接出的硅胶管接在压差变送器的一端，压差变送器将皮托管测得的压强与外界大气压的压差信号转换为电信号，多路数据采集系统中的数据采集模块将模拟电信号转换为计算机可以识别的数字信号，通过计算机桌面的“平板边界层数据采集系统”软件，直接
采集测得电信号，并再转换为压差值。
具体采集步骤如下：
1. 打开“多路数据采集系统”电源；点击计算机桌面“平板边界层测量”
后，进入数据采集界面（如图1)；
图 1
2.在“串口设置”中，在计算机“我的电脑”中“设备管理器”中查找
相应的串口设置，选择相应串口，并点击“打开串口”，同时可根据实验
报告内容，填写相关实验信息；
3. 根据前面实验的具体步骤，一一调整皮托管与平板之间的间距，填写
测点情况，点击“测量”,并就“记录”即可得到此测点皮托管的压强；
4，重复以上步骤，直到测到的实验数据已经稳定为止；
5. 可将数据带回按照前实验指导说明计算；
6．或可登陆“计算”得到实验结果。
7．点击“数据输出”，可在计算机C盘下“program files”下“平板边
界层”中的写字板中看到实验数据，可保存数据结果。
实验要求如前。
化工原理实验思考题答案
化工原理实验思考题 实验一：柏努利方程实验 1． 关闭出口阀，旋转测压管小孔使其处于不同方向（垂直或正对 流向），观测并记录各测压管中的液柱高度H 并回答以下问题： （1） 各测压管旋转时，液柱高度H 有无变化？这一现象说明了什 么？这一高度的物理意义是什么？ 答：在关闭出口阀情况下，各测压管无论如何旋转液柱高度H 无任何变化。这一现象可通过柏努利方程得到解释：当管内流速u =0时动压头02 2 ==u H 动 ，流体没有运动就不存在阻力，即Σh f =0，由于流体保持静止状态也就无外功加入，既W e =0，此时该式反映流体静止状态 见（P31）。这一液位高度的物理意义是总能量（总压头）。 （2） A 、B 、C 、D 、E 测压管内的液位是否同一高度？为什么？ 答：A 、B 、C 、D 、E 测压管内的液位在同一高度（排除测量基准和人为误差）。这一现象说明各测压管总能量相等。 2． 当流量计阀门半开时，将测压管小孔转到垂直或正对流向，观 察其的液位高度H / 并回答以下问题： （1） 各H / 值的物理意义是什么？ 答：当测压管小孔转到正对流向时H / 值指该测压点的冲压头H / 冲；当测压管小孔转到垂直流向时H / 值指该测压点的静压头H / 静；两者之间的差值为动压头H / 动=H / 冲-H / 静。 （2） 对同一测压点比较H 与H / 各值之差，并分析其原因。
答：对同一测压点H ＞H /值，而上游的测压点H / 值均大于下游相邻测压点H / 值，原因显然是各点总能量相等的前提下减去上、下游相邻测压点之间的流体阻力损失Σh f 所致。 （3） 为什么离水槽越远H 与H / 差值越大？ （4） 答：离水槽越远流体阻力损失Σh f 就越大，就直管阻力公式可 以看出2 2 u d l H f ? ?=λ与管长l 呈正比。 3. 当流量计阀门全开时，将测压管小孔转到垂直或正对流向，观察其的液位高度 H 2222d c u u = 22 ab u ρcd p ρab p 2 2 u d l H f ??=λ计算流量计阀门半开和 全开A 点以及C 点所处截面流速大小。 答：注：A 点处的管径d=(m) ;C 点处的管径d=(m) A 点半开时的流速： 135.00145 .036004 08.0360042 2=???=???= ππd Vs u A 半 （m/s ） A 点全开时的流速： 269.00145.036004 16.0360042 2=???=???= ππd Vs u A 全 （m/s ） C 点半开时的流速： 1965.0012 .036004 08.0360042 2=???=???=ππd Vs u c 半 （m/s ） C 点全开时的流速： 393.0012.036004 16.0360042 2=???=???= ππd Vs u c 全 （m/s ） 实验二：雷诺实验 1. 根据雷诺实验测定的读数和观察流态现象，列举层流和湍流临界雷诺准数的计算过程，并提供数据完整的原始数据表。 答：根据观察流态，层流临界状态时流量为90（ l/h ）
实验一 雷诺演示实验指导书(含演示操作)
流体流型演示实验 一、实验目的 1、观察流体在管内流动的不同流型。 2、测定下临界雷诺数Re c 。 二、基本原理 流体流动有三种不同型态，即层流（或称滞流，Laminar flow ）、过渡流（Transitional flow ）和湍流（或称紊流，Turbulent flow ）。这一现象最早是由雷诺（Reynolds ）于1883年发现的。流体作层流流动时，流体质点作平行于管轴的直线运动，且在径向无脉动；流体作湍流流动时，流体质点除沿管轴方向作向前运动外，还在径向作脉动，从而在宏观上显示出紊乱地向各个方向作不规则的运动；过渡流是介于上述两者之间的一种不稳定流动型态。 流体流动型态可用雷诺准数（Re ）来定量判断。雷诺准数是一个由各影响变量组合而成的无因次数群（因次分析法获得），故其值不会因采用不同的单位制而不同。但应当注意，数群中各物理量必须采用同一单位制。若流体在圆管内流动，则雷诺准数可用下式表示： μρdu = Re （1） 式中：Re —雷诺准数，无因次； d —管子内径，m ； u —流体在管内的平均流速，m ／s ； ρ—流体密度，kg ／m 3； μ—流体粘度，Pa ·s 。 流体流动形态转变时的雷诺数称为临界雷诺数。工程上一般认为，流体在直圆管内流动时，当Re ≤2000（下临界雷诺数，用Re c 表示）时为层流；当Re>4000（上临界雷诺数）时为湍流；当Re 在2000至4000范围内，流动处于过渡流状态，可能是层流，也可能是湍流，或者是二者交替出现，要视外界情况而定，一般称这一雷诺数范围为过渡区。 式（1）表明，对于一定温度的流体，在特定的圆管内流动，雷诺准数仅与流体流速有关。本实验即是通过改变流体在管内的速度，观察在不同雷诺准数下流体的流动型态。
雷诺实验(二)
雷诺实验（二） 一． 实验的目的和要求： 1. 观察层流，湍流的流态及其转换过程； 2. 测定临界雷诺数，掌握圆管流态判别方法； 3. 学习应用量纲分析法进行实验研究的方法，确定非圆管流态判别准数。 二． 实验装置说明与操作方法 供水流量由无极调速器调控，使恒压水箱始终保持微溢流的状态，以提高进口前水体的稳定度。本恒压水箱设有多道稳水隔板，可使稳水时间缩短到3到5分钟。有色水注入到实验管道，可根据有色水散开与否判别流态。为防止自循环水污染，有色水采用自行消色的专用色水。实验流量可由尾阀调节。 三． 实验原理 1883年，雷诺（Osborne Reynolds ）采用类似于本实验的实验装置，观察到液流中存在着层流和湍流两种流态：流速较小时，水流有条不紊的呈现层状有序的直线运动，流层间没有质点掺混，这种流态称为层流；当流速增大时，流体质点做杂乱无章的无序的直线运动，流层间质点掺混，这种流态称为湍流。雷诺实验还发现存在着湍流转变为层流的临界流速v 。v 。与流体的粘性，圆管的直径d 有关。若要判别流态，就要确定各种情况下的v 。值，需要对这些相关因素的不同量值作出排列组合再分别进行实验研究，工作量巨大。雷诺实验的贡献不仅在于发现了两种流态，还在于运用量纲分析的原理，得出了量纲为一的判据-----雷诺数Re,使问题得以简化。量纲分析如下： 因 根据量纲分析法有： 其中c k 是量纲为一的数，写成量纲关系为： 由量纲和谐原理，得11,21αα==-。 即 c c v k d β= 或 c c v d k β= 雷诺实验完成了管流的流态从湍流过度到层流是的临界值c k 值的测定，以及是否为常数的验证，结果表明c k 值为常数。于是，量纲为一的数 vd β 便成了适合于任何管径，任何牛顿流体的流态由湍流转变为层流的判据。由于雷诺的贡献， vd β 定名为雷诺数Re 。于是 有 式中，v ----- 流体速度； β---- 流体的运动粘度；（书中用ν表示，很近似于流体速度，故用此表示）
雷诺实验
雷诺实验 一、实验目的 1、观察液体在圆管中流动时的层流和紊流现象，区分其流动特征及转换情况，加深对层流、紊流形态的感性认识和对雷诺数的理解。 2、测定颜色水在管中不同状态下的雷诺数Re 二、实验原理 液体的两种不同流态及其条件 液体在管道中流动，当流速不同时，会呈现两种不同的流态：层流和紊流。当流速较小时，管中液体质点以平行而互不混掺的方式作直线运动，这种流动形态称为层流；随着流速的增大，液体形成的直线逐渐变得颤动、弯曲，但仍能保持线状运动；流速继续增大，液体的流动开始变得没有固定的形态，液体质点互相混掺和碰撞，向四周扩散，使全管水流着色，这种流动形态成为紊流。它们的区别在于：流动过程中液体层之间是否发生混掺现象。 圆管中恒定流动的流态转化取决于雷诺数：νVd R e = 式中，V ——断面平均流速，m 3/s d ——圆管直径 ν——液体的运动粘滞系数，m 2/s 当Re ＜Re c （下临界雷诺数）时为层流状态，Re c =2300； 当Re ＞' c Re （上临界雷诺数）时为紊流状态，Re c 在4000～12000之间。 三、实验步骤 （1）认真阅读实验目的要求，实验原理和注意事项。 (2) 熟悉仪器，核对设备编号，记录管径，水温等有关常数。 (3) 打开供水开关，使水箱充水，待水箱溢流后，关闭阀门，检查测压管液
面是否齐平，若不平则须进行排气调平（多开关几次排走气泡）。 （4）观察流动状态：将阀门微微打开，待水流稳定后，打开装有颜色水的容 器开关，使颜色水注入水流。当颜色水在试验圆管中呈现一条稳定的直线时，此时管内即为层流流态。然后逐渐开大阀门，增大流量，这时颜色水开始颤动、弯曲，并逐渐扩散，当扩散至全管，水流紊乱到看不清流线时，这便是紊流状态。 （5）将阀门开至最大，然后逐步关小阀门，使管内流量逐步减少；每改变一 次流量，均需等待2～3min ，待水流平稳后，测定每次的流量、水温和1，2两段面间的水头损失(即测压管读数之差)。为提高实验精度、便于分析整理结果，实验次数尽可能多一些，要求改变流量不少于10次。 （6） 相反，将阀门由小开至最大，使管内；流速逐渐增大，重复上述步骤（5），也做10次以上。 （7） 查数据记录表是否有缺漏、是否有某个数据明显地不合理，若有此情 况，应进行补正。 （8）实验结束，按步骤（3）校核各测压水面是否处于同一水平面上，然后 关闭电源开关，关闭电源开关，拔掉电源插头。 四、实验数据及整理 1、记录、计算有关常数 实验管径d=Φ14mm 实验温度t= ℃ 运动粘度ν 2、整理、计算表 = cm 2/s
雷诺实验(参考内容)
雷诺实验实验报告姓名：史亮 班级：9131011403 学号：913101140327
第4章 雷诺实验 4.1 实验目的 1) 观察层流、紊流的流态及流体由层流变紊流、紊流变层流时的水利特征。 2) 测定临界雷诺数，掌握园管流态判别准则。 3) 学习应用量纲分析法进行实验研究的方法，了解其实用意义。 4.2 实验装置 雷诺实验装置见图4.1。 图4.1 雷诺实验装置图 说明：本实验装置由供水水箱及恒压水箱、实验管道、有色水及水管、实验台、流量调节阀等组成，有色水经有色水管注入实验管道中心，随管道中流动的水一起流动，观察有色水线形态判别流态。专用有色水可自行消色。 4.3 实验原理 流体流动存在层流和紊流两种不同的流态，二者的阻力性质不相同。当流量调节阀旋到一定位置后，实验管道内的水流以流速v 流动，观察有色水形态，如果有色水形态是稳定直线，则圆管内流态是层流，如果有色水完全散开，则圆管内流态是紊流。而定量判别流体的流态可依据雷诺数的大小来判定。经典雷诺实验得到的下临界值为2320，工程实际中可依据雷诺数是否小于2000来判定流动是否处于层流状态。圆管流动雷诺数： e R KQ d Q vd vd ==== ν πνμρ4 （4.1） 式中：ρ──流体密度，kg/cm 3； v ──流体在管道中的平均流速，cm/s ； d ──管道内径，cm ； μ──动力粘度，Pa ?s ；
ν──运动粘度，ρ μ ν= ，cm 2/s ； Q ──流量，cm 3/s ； K ──常数，ν πd K 4 = ，s/cm 3。 4.4 实验方法与步骤 1) 记录及计算有关常数。 管径 d = 1.37 cm, 水温 t = 14.8 ℃ 水的运动粘度 ν=2 000221.00337.0101775 .0t t ++= 0.01147 cm 2/s 常数 ν πd K 4 = = 81.03 s/cm 3 2) 观察两种流态。 滚动有色水塑料管上止水夹滚轮，使有色水流出，同时，打开水箱开关，使水箱充满水至溢流，待实验管道充满水后，反复开启流量调节阀，使管道内气泡排净后开始观察两种流态。关小流量调节阀，直到有色水成一直线 （接近直线时应微调后等待几分钟），此时，管内水流的流态是层流，之后逐渐开大调节阀，通过有色水线形态的变化观察层流转变到紊流的水力特征，当有色水完全散开时，管内水流的流态是紊流。再逐渐关小流量调节阀，观察由紊流转变为层流的水力特征。 3) 测定下临界雷诺数。 I 、 将调节阀打开，使管中水流呈紊流（有色水完全散开），之后关小调节阀，使流量减小。当有色水线摆动或略弯曲时应微调流量调节阀，且微调后应等待稳定几分钟，观察有色线是否为直线，当流量调节到使有色水在全管中刚好呈现出一条稳定的直线时，即为下临界状态；停止调节流量，用体积法或重量法测定此时的流量，测记水温，并计算下临界雷诺数。将数据填入表4.1中。 II 、 测完一组数据后重复上述步骤测定另外2组数据。测定下一组数据前一定要确保开始状态为紊流流态，且调节流量时只能逐步关小而不能回调。测定临界雷诺数必须在刚好呈现出一条稳定直线时测定。为了观察到临界状态，调节流量时幅度要小，每调节阀门一次，均须等待稳定时间几分钟。 4) 测定上临界雷诺数。 当流态是层流时，逐渐开启阀门，使管中水流由层流过度到紊流，当有色水线刚好完全散开时即为上临界状态。停止调节流量，用体积法或重量法测定此时的流量，测记水温，并计算上临界雷诺数。测定上临界雷诺数1-2次。 ★操作要领与注意事项：①、测定下临界雷诺数时，务必先增大流量，确保流态处于紊流状态。之后逐渐减小阀门开度，当有色线摆动时，应停止调节阀门开度，等待1分钟后，观察有色线形态，之后继续微调再等待1分钟，直到有色线刚好为直线时，才是紊流变到层流的下临界状态。注意等待时间要足够，微调幅度要小，否则，测不到临界值。②、只能单一方向调节阀门，不能回调，错过临界点必须重做。③、实验时，不要触碰实验台，以免流动受到外界扰动影响。 4.5 实验成果与分析 记录及计算数据至下表中： 实验次数 有色 水线 形态 体积法测流量 雷诺数R e 阀门开度 备注 水体积V （cm 3 ） 时间T （s ） 流量Q （cm 3 /s ） 1 稳定 900 45.26 19.89 1612 1547测下临界值测定下
流体力学实验-参考答案
流体力学实验思考题 参考答案 流体力学实验室 静水压强实验
1．同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？ 测压管水头指p z +，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面内的测压管水头线是一根水平线。 2．当0?B p 时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 0?B p ，相应容器的真空区域包括以下三个部分： （1）过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占区域，均为真空区域。 （2）同理，过箱顶小不杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。 （3）在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区域。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。 3．若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定0γ。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h 和0h ，由式00h h w w γγ= ，从而求得0γ。 4．如测压管太细，对于测压管液面的读数将有何影响？ 设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算 γ θσd h cos 4= 式中，σ为表面张力系数；γ为液体容量；d 为测压管的内径；h 为毛细升高。常温的水，m N 073.0=σ，30098.0m N =γ。水与玻璃的浸润角θ很小，可以认为0.1cos =θ。于是有 d h 7.29= （h 、d 均以mm 计） 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm 时，毛细影响可略而不计。另外，当水质不洁时，σ减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机下班玻璃作测压管时，浸润角θ较大，其h 较普通玻璃管小。 如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、低压强时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。 5．过C 点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？哪一部分液体是同一等压面？ 不全是等压面，它仅相对管1、2及水箱中的液体而言，这个水平面才是等压面。因为只有全部具有下列5个条件的平面才是等压面：（1）重力液体；（2）静止；（3）连通；（4）连通介质为同一均质液体；（5）同一水平面。而管5与水箱之间不符合条件（4），相对管5
雷诺实验
〃雷诺实验 一、 实验目的要求 1. 观察层流、紊流的流态及其转换特征； 2. 测定临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则； 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 供水流量由无级调速器调控使恒压水箱4始终保持微溢流的程度，以提高进口前水体稳定度。本恒压水箱还设有多道稳水隔板，可使稳水时间缩短到3-5分钟。有色水经有色水水管5注入实验管道8，可据有色水散开与否判别流态。为防止自循环水污染，有色指示水采用自行消色的专用色水。 三、 实验原理 4Re ;vd Q KQ d νπυ===4K d πυ = 四、 实验方法与步骤 1、 测记本实验的有关常数。 2、 观察两种流态。 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，使颜色水流成一条直线。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紊流的水力特征，待管中出现完全紊流后，在逐步管小调节阀，观察有紊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，使管中呈完全紊流，再逐步关小调节阀使流量减小。当流量调节到 使颜色水在全管刚呈现出一稳定直线时，即为下临界状态； （2） 待管中出现临界状态时，测定流量； （3） 根据所测流量计算下临界雷诺数，并与公认值（2320）比较，偏离过大，需重测； （4） 重新打开调节阀，使其形成完全紊流，按照上述步骤重复测量不少于三次； （5） 同时用水箱中的温度计测记水温，从而求得水的运动粘度。 注意： a 、 每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟； b 、 关小阀门过程中，只需渐小，不许开大； c 、 随出水流量减小，应适当调小开关（右旋），以减小溢流量引发的扰动。 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紊流，当色水线刚开始散开时，即为上临界雷 1.自循环供水器 2.实验台 3.可控硅无级调速器 4.恒压水箱 5.有色水水管 6.稳水孔板 7.溢流板 8.实验管道 9.流量调节阀
雷诺实验带数据处理
雷诺实验 一、实验目的 1. 观察层流和紊流的流态及其转换特征。 2. 通过临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则。 3. 掌握误差分析在实验数据处理中的应用。 二、实验原理 1、实际流体的流动会呈现出两种不同的型态：层流和紊流，它们的区别在于：流动过程中流体层之间是否发生混掺现象。在紊流流动中存在随机变化的脉动量，而在层流流动中则没有，如图1所示。 2、圆管中恒定流动的流态转化取决于雷诺数。雷诺根据大量实验资料，将影响流体流动状态的因素归纳成一个无因次数，称为雷诺数Re ，作为判别流体流动状态的准则 4Re Q D πυ = 式中 Q ——流体断面平均流量 , L s D ——圆管直径 , mm υ——流体的运动粘度 , 2m 在本实验中，流体是水。水的运动粘度与温度的关系可用泊肃叶和斯托克斯提出的经验公式计算 36((0.58510(T 12)0.03361)(T 12) 1.2350)10υ--=??--?-+? 式中 υ——水在t C ?时的运动粘度，2m s ； T ——水的温度，C ?。 3、判别流体流动状态的关键因素是临界速度。临界速度随流体的粘度、密度以及流道的尺寸不同而改变。流体从层流到紊流的过渡时的速度称为上临界流速，从紊流到层流的过渡时的速度为下临界流速。 4、圆管中定常流动的流态发生转化时对应的雷诺数称为临界雷诺数，对应
于上、下临界速度的雷诺数，称为上临界雷诺数和下临界雷诺数。上临界雷诺数表示超过此雷诺数的流动必为紊流，它很不确定，跨越一个较大的取值范围。而且极不稳定，只要稍有干扰，流态即发生变化。上临界雷诺数常随实验环境、流动的起始状态不同有所不同。因此，上临界雷诺数在工程技术中没有实用意义。有实际意义的是下临界雷诺数，它表示低于此雷诺数的流动必为层流，有确定的取值。通常均以它作为判别流动状态的准则，即 Re < 2320 时，层流 Re > 2320 时，紊流 该值是圆形光滑管或近于光滑管的数值，工程实际中一般取Re = 2000。 5、实际流体的流动之所以会呈现出两种不同的型态是扰动因素与粘性稳定作用之间对比和抗衡的结果。针对圆管中定常流动的情况，容易理解：减小 D ，减小 ，加大v 三种途径都是有利于流动稳定的。综合起来看，小雷诺数流动趋于稳定，而大雷诺数流动稳定性差，容易发生紊流现象。 6、由于两种流态的流场结构和动力特性存在很大的区别，对它们加以判别并分别讨论是十分必要的。圆管中恒定流动的流态为层流时，沿程水头损失与平均流速成正比，而紊流时则与平均流速的1.75～2.0次方成正比，如图2所示。 7 图1 图2 三种流态曲线
流体力学实验思考题解答(全)
流体力学课程实验思考题解答 （一）流体静力学实验 1、 同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？ 答：测压管水头指γ p Z + ，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测 压管水头线指测压管液面的连线。从表1.1的实测数据或实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。 2、 当0雷诺实验实验报告
实验一雷诺实验 一、实验目的 1、观察流体流动时各种流动型态； 2、观察层流状态下管路中流体速度分布状态； 3、测定流动型态与雷诺数Re之间的关系及临界雷诺数值。 二、实验原理概述 流体在流动过程中有两种截然不同的流动状态，即层流和湍流。它取决于流体流动时雷诺数Re值的大小。 雷诺数：Re＝duρ/μ 式中：d－管子内径，m u－流体流速，m/s ρ－流体密度，kg/m3 μ－流体粘度，kg/(m·s) 实验证明，流体在直管内流动时，当Re≤2000时属层流；Re≤4000时属湍流；当Re在两者之间时，可能为层流，也可能为湍流。 流体于某一温度下在某一管径的圆管内流动时，Re值只与流速有关。本实验中，水在一定管径的水平或垂直管内流动，若改变流速，即可观察到流体的流动型态及其变化情况，并可确定层流与湍流的临界雷诺数值。 三、装置和流程 本实验装置和流程图如右图。 水由高位槽1，流径管2，阀5，流量 计6，然后排入地沟。示踪物（墨水）由墨水 瓶3经阀4、管2至地沟。 其中，1为水槽 2为玻璃管 3为墨水瓶 4、5为阀 6为转子流量计
四、操作步骤 1、打开水管阀门 2、慢慢打开调节阀5，使水徐徐流过玻璃管 3、打开墨水阀 4、微调阀5，使墨水成一条稳定的直线，并记录流量计的读数。 5、逐渐加大水量，观察玻璃管内水流状态，并记录墨水线开始波动以及墨水 与清水全部混合时的流量计读数。 6、再将水量由大变小，重复以上观察，并记录各转折点处的流量计读数。 7、先关闭阀4、5，使玻璃管内的水停止流动。再开墨水阀，让墨水流出1～ 2cm距离再关闭阀4。 8、慢慢打开阀5，使管内流体作层流流动，可观察到此时的速度分布曲线呈 抛物线状态。 五、实验数据记录和处理 表1 雷诺实验数据记录
流体力学实验指导书(雷诺、伯努利)
工程流体力学 实 验 指 导 书 河北理工大学给排水实验室 编者：杨永 2014 . 5 . 12 适用专业：给排水工程专业、建筑环境与设备工程专业 实验目录：
实验一：雷诺实验 实验二：伯努利方程实验 实验三：阻力及阻力系数测定实验 实验四：孔口管嘴实验 实验操作及实验报告书写要求： 一、实验课前认真预习实验要求有预习报告。 二、做实验以前把与本次实验相关的课本理论内容复习一下。 三、实验要求原始数据必须记录在原始数据实验纸上。 四、实验报告一律用标准实验报告纸。 五、实验报告内容包括： 1. 实验目的； 2. 实验仪器； 3. 实验原理； 4. 实验过程； 5. 实验数据的整理与处理。 六、实验指导书只是学生的指导性教材，学生在写实验报告时指导书制作 为参考，具体写作内容由学生根据实际操作去写。 七、根据专业不同以及实验学时，由任课教师以及实验老师选定实验内容。 建筑工程学院给排水实验室 编者：杨永 2014.5
实验一 雷诺实验指导书 一、实验目的： （一）观察实验中实验线的现象。 （二）掌握体积法测流量的方法。 （三）观察层流、临界流、紊流的现象。 （四）掌握临界雷诺数测量的方法。 二、实验仪器： 实验中用到的主要仪器有：雷诺实验仪、1000mL 量筒、秒表、10L 水桶等 三、实验原理： 有压管路流体在流动过程中，由于条件的改变（例如，管径改变、温度的改变、管壁的粗糙度改变、流速的改变）会造成流体流态的变化，会出现层流、临界流、紊流等现象。英国科学家雷诺（Reynolds ）在1883年通过系统的实验研究，首先证实了流体的流动结构有层流和紊流两种形态。层流的特点是流体的质点在流动过程中互不掺混呈线状运动，运动要素不呈现脉动现象。在紊流中流体的质点互相掺混，其运动轨迹是曲折混乱的，运动要素发生脉动现象。 雷诺等人经过大量的实验发现临界流速与过流断面的特征几何尺寸管径d 、流体的动力粘度μ和密度ρ有关，即()ρμ、、d f u k =。由以上四个量组成一个无量纲数，称为雷诺数e R ,即ν μρ ud ud R e ==
化工原理实验思考题答案
化工原理实验思考题 实验一：柏努利方程实验 1． 关闭出口阀，旋转测压管小孔使其处于不同方向（垂直或正对流向），观测并记录各测 压管中的液柱高度H 并回答以下问题： （1） 各测压管旋转时，液柱高度H 有无变化这一现象说明了什么这一高度的物理意义是 什么 答：在关闭出口阀情况下，各测压管无论如何旋转液柱高度H 无任何变化。这一现象可通过柏努利方程得到解释：当管内流速u =0时动压头02 2 ==u H 动 ，流体没有运动就不存在阻力，即Σh f =0，由于流体保持静止状态也就无外功加入，既W e =0，此时该式反映流体静止状态 见（P31）。这一液位高度的物理意义是总能量（总压头）。 （2） A 、B 、C 、D 、E 测压管内的液位是否同一高度为什么 答：A 、B 、C 、D 、E 测压管内的液位在同一高度（排除测量基准和人为误差）。这一现象说明各测压管总能量相等。 2． 当流量计阀门半开时，将测压管小孔转到垂直或正对流向，观察其的液位高度H /并回 答以下问题： （1） 各H /值的物理意义是什么 答：当测压管小孔转到正对流向时H /值指该测压点的冲压头H /冲；当测压管小孔转到垂直流向时H /值指该测压点的静压头H /静；两者之间的差值为动压头H /动=H /冲-H /静。
（2） 对同一测压点比较H 与H /各值之差，并分析其原因。 答：对同一测压点H ＞H /值，而上游的测压点H /值均大于下游相邻测压点H /值，原因显然是各点总能量相等的前提下减去上、下游相邻测压点之间的流体阻力损失Σh f 所致。 （3） 为什么离水槽越远H 与H /差值越大 （4） 答：离水槽越远流体阻力损失Σh f 就越大，就直管阻力公式可以看出2 2 u d l H f ??=λ与 管长l 呈正比。 3. 当流量计阀门全开时，将测压管小孔转到垂直或正对流向，观察其的液位高度 H 2222d c u u =22 ab u ρcd p ρab p 2 2 u d l H f ??=λ计算流量计阀门半开和全开A 点以及C 点所处截面流速大小。 答：注：A 点处的管径d=(m) ;C 点处的管径d=(m) A 点半开时的流速： 135.00145.036004 08.0360042 2=???=???= ππd Vs u A 半 （m/s ） A 点全开时的流速： 269.00145 .036004 16.0360042 2=???=???=ππd Vs u A 全 （m/s ） C 点半开时的流速： 1965.0012 .036004 08.0360042 2=???=???= ππd Vs u c 半 （m/s ）
雷诺实验
雷诺实验 一、理论概述 英国物理学家雷诺在1883 年发表的论著中，不仅通过实验确定了层流和湍流两种流动状态，而且测定了流动损失与这两种流动状态的关系。雷诺实验装置如图1 所示。 当管2 中的水流速度较低时，如拧开颜色 水瓶4 下的阀门，便可看到一条明晰的细小的 着色流束，此流束不与周围的水相混，如图 2(a)所示。如果将细管5 的出口移至管2 进口 的其它位置，看到的仍然是一条明晰的细小的 着色流束。由此可以判断，管2 内的整个流场 呈一簇互相平行的流线，这种流动状态称为层 流（或片流）。当管2 内的流速逐渐增大时， 图1 雷诺实验装置 开始着色流束仍呈清晰的细线，当流速增大到 1- 水箱；2-玻璃管；3-阀门； 一定数值，着色流束开始振荡，处于不稳定状4-颜色水瓶；5-细管；6-量筒 态，如图2(b)所示。如果流速在稍增加，振荡 的流束便会突然破裂，着色流束在进口段的一定 距离内完全消失，而与周围的流体相混，颜 色扩散至整个玻璃管内，如图2(c)所示。这时流 体质点作复杂的无规则的运动，这种流动状 态称为湍流（或湍流）。由层流过渡到湍流的速度 极限值成为上临界速度，以v 表示之。继续增大流速，将进一步增加流动的紊 乱程度。如果管内流速自高于上临界速度逐渐降 低，则会发现，当流速降低到比上临界流速更低 的下临界速度v时，原先处于湍流状态的流动便 会稳定地转变为层流状态，着色流束重新成为一 条明晰的细小的直线。 由雷诺实验可以看出，粘性流 体存在两种流动状态－层流与湍流。当流速超过上临界速度v'时，（c）湍流层流转变为湍流；当流速低于下临界速度v时，湍流转变为层流；当流速介于上、下临界速度之间时，流体的流动状态可能是层流也可能是湍流，与实验的起始状态和有无扰动等因
雷诺实验指导
实验一 雷诺实验 一、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。 二、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惨，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1-1，1-2两断面，由恒定总流的能量方程知： f 2 222221111h g 2V a p z g 2V a p z ++γ+=+γ+ 因为管径不变V 1=V 2 ∴=γ +-γ+ =)p z ()p z (h 2211f △h 所以，压差计两测压管水面高差△h 即为1-1和1-2两断面间的沿程水头损失，用重量 法或体积法测出流量，并由实测的流量值求得断面平均流速A Q V = ，作为lgh f 和lgv 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： lgh f =lgk+mlgv lgh f =lgkv m h f =kv m m 为直线的斜率 式中：1 2f f v l g v lg h lg h lg tg m 1 2 --= θ= 实验结果表明EC=1，θ=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监界雷诺数。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。
雷诺实验及其数据处理
雷诺实验 一、实验目的要求 1．观察层流、紊流的流态及其转捩特征； 2．测定临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则； 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 实验装置如下图所示：
自循环雷诺实验装置图 1 自循环供水器 2 实验台 3 可控硅无级调速器 4 恒压水箱 5 有色水水管 6 稳水隔板 7 溢流板8 实验管道9 实验流量调节阀 供水流量由无级调速器调控使恒压水箱4始终保持微溢流的程度，以提高进口前水体稳定度。本恒压水箱还设有多道稳水隔板，可使稳水时间缩短到3～5分钟。有色水经有色水水管5注入实验管道8，可据有色水散开与否判别流态。为防止自循环水污染，有色指示水采用自行消色的专用色水。 三、实验原理
流体在管道中流动存在两种流动状态，即层流与湍流。从层流过渡到湍流状态称为流动的转捩，管中流态取决于雷诺数的大小，原因在于雷诺数具有十分明确的物理意义即惯性力与粘性力之比。当雷诺数较小时，管中为层流，当雷诺数较大时，管中为湍流。转捩所对应的雷诺数称为临界雷诺数。由于实验过程中水箱中的水位稳定，管径、水的密度与粘性系数不变，因此可用改变管中流速的办法改变雷诺数。 雷诺数 KQ d Q vd R e === ν πν4 ； K =νπd 4 四、实验方法与步骤 1．测记实验的有关常数。 2．观察两种流态。 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紊流的水力特征。待管中出现完全紊流后，再逐步关小调节阀，观察由紊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，使管中呈完全紊流。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呈现出一稳定直线时，即为下临界状态； ② 待管中出现临界状态时，用重量法测定流量； ③ 根据所测流量计算下临界雷诺数，并与公认值(2320)比较。偏离过
实验四 雷诺实验
实验四 流动状态实验----雷诺实验 一、实验目的 1. 观察层流和紊流的流态及其转换特征; 2. 通过临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则; 3. 学习在流体力学中应用无量纲参数进行试验研究的方法，并了解其使用意义。 二、实验原理 1、实际流体的流动会呈现出两种不同的型态：层流和紊流，它们的区别在于：流动过程中流体层之间是否发生混掺现象。在紊流流动中存在随机变化的脉动量，而在层流流动中则没有，如图1所示。 2、圆管中恒定流动的流态转化取决于雷诺数。雷诺根据大量实验资料，将影响流体流动状态的因素归纳成一个无因次数，称为雷诺数Re ，作为判别流体流动状态的准则 Re d υγ = 式中 υ——流体断面平均流速 , s cm d ——圆管直径 , cm γ——流体的运动粘度 , s cm 2 在本实验中，流体是水。水的运动粘度与温度的关系可用泊肃叶和斯托克斯提出的经验公式计算 2 0.0178 10.03370.000221t t γ= ++ 式中 γ——水在t C ?时的运动粘度，cm 2； t ——水的温度，C ?。 3、判别流体流动状态的关键因素是临界速度。临界速度随流体的粘度、密度以及流道的尺寸不同而改变。流体从层流到紊流的过渡时的速度称为上临界流速，从紊流到层流的过渡时的速度为下临界流速。 4、圆管中定常流动的流态发生转化时对应的雷诺数称为临界雷诺数，对应
于上、下临界速度的雷诺数，称为上临界雷诺数和下临界雷诺数。上临界雷诺数表示超过此雷诺数的流动必为紊流，它很不确定，跨越一个较大的取值范围。而且极不稳定，只要稍有干扰，流态即发生变化。上临界雷诺数常随实验环境、流动的起始状态不同有所不同。因此，上临界雷诺数在工程技术中没有实用意义。有实际意义的是下临界雷诺数，它表示低于此雷诺数的流动必为层流，有确定的取值。通常均以它作为判别流动状态的准则，即 Re < 2320 时，层流 Re > 2320 时，紊流 该值是圆形光滑管或近于光滑管的数值，工程实际中一般取Re = 2000。 5、实际流体的流动之所以会呈现出两种不同的型态是扰动因素与粘性稳定作用之间对比和抗衡的结果。针对圆管中定常流动的情况，容易理解：减小 d ，减小v ，加大v 三种途径都是有利于流动稳定的。综合起来看，小雷诺数流动趋于稳定，而大雷诺数流动稳定性差，容易发生紊流现象。 6、由于两种流态的流场结构和动力特性存在很大的区别，对它们加以判别并分别讨论是十分必要的。圆管中恒定流动的流态为层流时，沿程水头损失与平均流速成正比，而紊流时则与平均流速的1.75～2.0次方成正比，如图2所示。 7 图1 图2 三种流态曲线
雷诺管试验
（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。 27
28 三、实验原理： KQ d Q vd R e == = ν πν 4； T V Q = 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= C 0 运动粘度 =++=2 000221.00337.0101775 .0t t ν s cm 2 计算常数K= 3 cm s 2、记录计算表格
水力学实验1-参考答案
水力学实验 参考答案 静水压强实验 1．同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？ 测压管水头指p z +，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面内的测压管水头线是一根水平线。 2．当0?B p 时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 0?B p ，相应容器的真空区域包括以下三个部分： （1）过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占区域，均为真空区域。 （2）同理，过箱顶小不杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。 （3）在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区域。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。 3．若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定0γ。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h 和0h ，由式00h h w w γγ= ，从而求得0γ。 4．如测压管太细，对于测压管液面的读数将有何影响？ 设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算 γ θσd h cos 4= 式中，σ为表面张力系数；γ为液体容量；d 为测压管的内径；h 为毛细升高。常温的水，
m N 073.0=σ，30098.0m N =γ。水与玻璃的浸润角θ很小，可以认为0.1cos =θ。于是有 d h 7.29= （h 、d 均以mm 计） 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm 时，毛细影响可略而不计。另外，当水质不洁时，σ减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机下班玻璃作测压管时，浸润角θ较大，其h 较普通玻璃管小。 如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、低压强时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。 5．过C 点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？哪一部分液体是同一等压面？ 不全是等压面，它仅相对管1、2及水箱中的液体而言，这个水平面才是等压面。因为只有全部具有下列5个条件的平面才是等压面：（1）重力液体；（2）静止；（3）连通；（4）连通介质为同一均质液体；（5）同一水平面。而管5与水箱之间不符合条件（4），相对管5和水箱中的液体而言，该水平面不是水平面。 6、用该实验装置能演示变液位下的恒定水流吗？ 关闭各通气阀门，开启底阀，放水片刻，可看到有空气由C 进入水箱。这时阀门的出流就是变液位下的恒定水流。因为由观察可知，测压管1的液面始终与C 点同高，表明作用于底阀上的总水头不变，故为恒定流动。这是由于液位的降低与空气补充使箱体表面真空度的减小处于平衡状态。医学上的点滴注射就是此原理应用的一例，医学上称这为马利奥特容器的变液位下恒定流。