实验一 雷诺演示实验指导书(含演示操作)
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理工大学给排水实验室编者：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容。
建筑工程学院给排水实验室编者：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νμρudud R e ==其中：u 为流速，ρ为流体的密度，μ为流体的动力粘度，ν为运动粘度。
雷诺实验
实验一、雷诺流态实验一、实验目的1．观察层流、紊流的流态及其特征； 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、基本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。
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 μρdu R e =三、实验装置实验装置如下图所示。
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。
四、实验步骤与注意事项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。
雷诺实验指导书
雷诺实验指导书雷诺实验台为多用途实验装置，其结构示意图如图1所示。
图1 流体力学综合试验台结构示意图红色数字为测压点序号1.储水箱2.上、回水管3.电源插座4.恒压水箱5.墨盒6.实验管段组7 .计量水箱8.回水管9.实验桌1．实验目的（1）观察流体在管道中的流动状态；（2）测定几种状态下的雷诺数；（3）了解流态与雷诺数的关系。
2．实验装置在流体力学综合实验台中，雷诺实验涉及的部分有高位水箱、雷诺数实验管、阀门、伯努力方程实验管道、颜料水（蓝墨水）盒及其控制阀门、上水阀、出水阀，水泵和计量水箱等。
秒表及温度计自备。
3．实验前准备（1）、将实验台的各个阀门置于关闭状态。
开启水泵，全开上水阀门，把水箱注满水，再调节上水阀门，使水箱的水有少量溢流，并保持水位不变。
（2）、用温度计测量水温。
4．实验方法 （1）、观察状态打开颜料水控制阀，使颜料水从注入针流出，颜料水和雷诺实验管中的水迅速混合成均匀的淡颜色水，此时雷诺实验管中的流动状态为紊流；随着出水阀门的不断的关小，颜料水与雷诺实验管中的水渗混程度逐渐减弱，直至颜料水与雷诺实验管中形成一条清晰的线流，此时雷诺实验管中的流动为层流。
（2）测定几种状态下的雷诺系数全开出水阀门，然后再逐渐关小出水阀门，直至能开始保持雷诺实验管内的颜料水流动状态为层流状态。
按照从小流量到大流量的顺序进行实验，在每一个状态下测量体积流量和水温，并求出相应的雷诺数。
实验数据处理举例：设某一工况下具体积流量Q=3.467×10-5m 3/s ，雷诺实验管内径d=0.014m ，实验水温T=5℃，查水的运动粘度与水温曲线，可知粘度v=1.519×10-6m 2/s 。
流 速 s m FQ V /255.0014.0410467.325=⨯⨯==-π R e 雷诺数 207510519.1/225.0014.0/Re 6=⨯⨯=⋅=-v d V图 2 雷诺数与流量的关系曲线根据实验数据和计算结果，可绘制出雷诺数与流量的关系曲线（图2）。
实验一 雷诺实验
学号姓名实验一雷诺实验一、基本原理雷诺（Reynolds）用实验方法研究流体流动时，发现影响流动类型的因素除流速u外，尚有管径（或当量管径）d，流体的密度ρ及粘度μ，并且由此四个物理量组成的无因次数群Re=duρ/μ的值是判定流体流动类型的一个标准。
Re<2000~2300时为层流Re>4000时为湍流2000<Re<4000时为过渡区，在此区间可能为层流，也可能为湍流。
二、设备参数环境参数：温度 20℃压力 101325kPa水的参数：密度 998.2kg/m3 粘度 100.5E-5Pa*s设备参数：玻璃管径：20mm三、实验步骤●打开进水阀门在输入框输入0-100的数字，也可以通过点击上下按钮调节阀门开度。
按回车键完成输入，按ESC 键取消输入。
●打开红墨水阀●打开排水阀门●查看流量点击转子流量计查看当前流体流量●观察流体流动状态点击玻璃管，通过弹出的录像查看流体的流动状态●记录数据点击画面下方的自动记录按钮，记录实验数据，也可以手动记录。
●重复第三步到第六步，记录排水阀不同开度下的流量。
四、数据处理雷诺数计算公式Re=duρ/μ从这个定义式来看，对同一仪器d为定值，故u仅为流量的函数。
对于流体水来说，ρ，μ几乎仅为温度的函数。
因此确定了温度及流量，即可唯一的确定雷诺数。
数据记录：五、注意事项1、雷诺实验要求减少外界干扰，严格要求时应在有避免振动设施的房间内进行，由于条件不具备演示实验也可以在一般房间内进行，因为外界干扰及管子粗细不均匀等原因，层流的雷诺数上界到不了2300，只能到1600左右。
2、层流时红墨水成一线流下，不与水相混。
3、湍流时红墨水与水混旋，分不出界限。
1雷诺实验
3、实验装置
• 雷诺实验装置主要由稳压溢流水槽、试验导管
和转子流量计等部分组成，如图1所示。
•
自来水不断注入并充满稳压溢流水槽。稳压溢
流水槽的水流经试验导管和流量计，最后排入下
水道。稳压溢流水槽的溢流水，也直接排入下水
道。
1、示踪迹瓶；2、稳压溢流水槽；3、试验导管； 4、转子流量计；V01；示踪迹调节阀；V02上水调节阀 V03水流量调节阀；V04，V05—泄水阀；V06—放风阀。
在上临界值与下临界值之间，则为不稳定的过渡区域。
• 2 对于圆形导管下临界雷诺数为2000，上临界雷诺数为 10000。一般情况下，上临界雷诺数为4000时，即可形成 湍流。 • 3 层流与湍流之间并非是突然的转变，而是两者之间相 隔一个不稳定过渡区域，因此，临界雷诺数测定值和流 型的转变在一定程度上受一些不确定的其他因素的影响。
图1
4、实验方法：
• 实验前准备工作： (1)实验前，先用自来水充满稳压溢流水槽。将适量示踪剂 （红墨水）加入贮瓶内备用，并排尽贮瓶与针头之间管路 内的空气。
(2)实验前，先对转子流量计进行标定，作好流量标定曲线。
(3)用温度计测定水温。
• 实验操作步骤： (1)开启自来水阀门，保持稳压溢流水槽有一定的溢流量， 以保证试验时进口前水体稳定度。 (2)用放风阀放去流量计内的空气，再少许开启转子流量计
5、实验结果整理 • (1)实验设备基本参数 试验导管内径d= mm • (2)实验数据记录及整理
量和温度数据，以供计算上临界雷诺数。
• 实验操作注意事项： (1)本实验示踪剂采用红墨水它由红墨水贮瓶，经连接 软管和注射针头，注入试验导管。应注意适当调节注
射针头的位置，使针头位于管轴线上为佳。红墨水的
雷诺实验1
p1 γ
+
α
1v
2 1
2γ
=z2 +
p2 γ
+
α
2v
2 2
2γ
+ h w(1−2)
由于是等直径管道恒定均匀流，所以v1 = v 2 , α1 = α 2 ,hw(1−2) = h f (1−2) ，即沿程
水头损失等于流段的测压管水头差：
hf
=
(z1
+
p1 γ
) − (z 2
+
p2 γ
)
断面 1—1 与 2—2 的测压管接至斜比压计上，其倾斜角为 α ，令斜比压 计的测压牌读数为 ∇1 及 ∇ 2 ，则
4、每调节一次尾阀，必须等待 3 分钟，使水流稳定后，方可施测。 5、用体积法测流量时，量水时间越长，则流量越精确，尤其在小流量时， 应该注意延长盛水时间。 6、量测水温时，要把温度计放在量筒的水中来读数，不可将它拿出水面 之外读数。
六、量测与计算
1、实验数据
管经 d =
cm； 管道过水面积 A =
5、实验过程中，每半小时量测一次水温，取用水温平均值。 6、对实测数据进行分析计算，以 logJ 为纵座标，以 logV 为横坐标，在 方格纸上点绘其关系曲线，再从该图上确定出临界流速值 Vk，从而计算出临界 雷诺数 Rek 的值，并标明实验成果线段的坡度，即为本次实验的成果。
五、注意事项
管流流态实验（亦称雷诺实验）的技术性比较强，必须精心操作，才能取 得反映真实情况的成果。
体积 损坡
间
cm
cm
W
失度
cm3
T
hf
J
s
cm cm
流量 Q
化工原理实验1-雷诺实验
q1
ux
q2
其质点沿管轴作有规则的平行运 动，各质点互不碰撞，互不混合
流体在管内作层流流动时；
ux
q
q1
d Re < 2000
ux
q2
umax
ux
q
q1Байду номын сангаас
q2
管道截面上某一固定的流体质点在沿管轴 向前运动的同时，还有径向运动
径向速度的大小和方向是不断变化的，从 而引起轴向速度的大小和方向也随时变化
当玻璃管里水流的速度不大时： 有色液体成一条直线平稳地流过
整根玻璃管，与玻璃管里的水不相混杂
若把水流速度逐渐提高到一定数值, 颜色线弯曲，出现波浪形
速度再增： 有色液体与水完全混和在一起,
使整根玻璃管中的水呈现均匀的颜色
表明；玻璃管内的水的质点是沿着 与管轴平行的方向作直线运动
表明：水的质点除了沿管道相前运动 外,各质点还作不规则的杂乱运动,且彼 此相互碰撞并混合.质点速度的大小和 方向随时发生变化
流动的类型
湍流 或 紊流
滞流 或 层流
水流速度到一定程度
提高水流速度 水流速度不大
流型的判断
Re =dur/m
雷诺（Reynolds)准数 （1）当Re ≤ 2000时，层流区 （2）当2000 < Re < 4000时，过渡区 (3）当Re ≥ 4000时，湍流区
流体在管内作层流流动时；
ux
ux
q
q1
q2
d Re > 4000
umax
化工实验原七理
实 验雷 诺与实仿验 真
李 贤 英
（一） 实验目的
（1）建立“滞流和湍流两种流动形态”的感性认识， 改变水在管内的速度，观察在不同雷诺准数下流体流 动的变化 （2）观察滞流时流体在圆管内的速度分布曲线
流体力学实验指导书
实验一 雷诺实验一、实验目的1、增加对两种流态的感性认识．2、掌握测雷诺数的方法．二、实验原理实际流体在同一边界条件下流动时，由于速度不同，产生不同的流动形态－层流和紊流 当流速较小时，液体质点做有条不紊的线状运动，彼此互不混杂，称这种流动状态为层流． 当流速增加到某一定数值后，液体质点在沿管轴方向运动过程中，互相混掺，呈杂乱无章的运动称此流为紊流．运动的流体，受惯性力和粘滞力的作用，当惯性力占主导地位时，一般为紊流．当粘滞力占主导地位时，一般呈现层流．不同的流动类型，具有不同的阻力规律．在层流时水头损失∆P ／γ与平均流速V 成正比，而在紊流时∆P ／γ则于V n 成正比例，其中指数值n 在.１.７５～２.０之间． 判别液体流动型态的准则是被称之为雷诺数的无因次数R еν/Re Vd =式中：Re ――雷诺数（无因次数） V ――液体断面平均速度（m ／s ） d －－管径 (m)ν――液体的运动粘度系数（㎡／s ）当ν/Re Vd =≤2000时为层流, Re ＞2000为紊流。
由于ρμν/= 所以 μρ/Re Vd =.μ――液体的动力粘度系数，单位是Pa.•s,即（Ｎ•s ／㎡）三、实验设备１、雷诺实验装置１套；２、量筒１个；３、温度计１支；４、秒表１块．四、实验步骤１、试验前的准备工作关闭泄水阀门Ｄ，打开进水阀Ｃ，并调节到整个试验过程中都有溢流水从溢流板溢流而过，以保证水箱中有稳定的水头．２、试验前的观察将阀门Ａ微微开启，同时微开阀门Ｂ，使颜色水与清水同时从玻璃管中流过，调节到颜色水呈一条细线．此时即为层流状态，然后再将阀门Ａ逐渐开大，直至颜色水纹线破碎，并将清水完全掺混，此时为紊流状态．３、由层流到紊流的测试＜１＞调节阀门Ａ，使流动成为层流状态．注意颜色水纹线应达到清晰稳定．＜２＞逐渐地缓缓开启阀门Ａ．同时注意玻璃管中段颜色水纹线的变化．当颜色水纹线开始破碎，分散成许多细线（偶尔出现集中的颜色水线）时，即表示已达到紊流状态，即上临界状态，此时立即停止开启阀门Ａ的工作．＜３＞待水流稳定后，则可用量筒和秒表，应用体积法测定管内流量Ｑ．＜４＞测定水的温度，以便查表确定水的运动粘性系数ν值．＜５＞将（２）至（４）步重复做三次４、由紊流到层流的测试＜１＞先将管中水流调节到紊流状态．＜２＞逐渐地缓缓关闭阀门Ａ，同时注意玻璃管中段水流状态的变化，当开始出现一条颜色线时，即表示已达到层流状态或者说已达到了下临界状态，立即关掉阀门Ａ的工作，并观察颜色水线是否连续稳定．＜３＞待颜色水纹线连续而稳定后，仍用体积法测算管中的流量Ｑ．＜４＞测定水温．＜５＞将（２）至（４）步重复做三次五、实验注意事项1、调节阀门Ａ时必须缓慢进行，并且在调节过程中阀门只允许往一个方向进行，中间不可逆转．2、为了避免玻璃管出口和入口对水流状态的影响，观察应以中段为准．3、在整个试验过程中要特别注意保持安静，以防环境对试验的干扰．六、实验报告1、对所测数据进行处理，求上临界雷诺数与下临界雷诺数所测数据如下：数据处理：分析误差产生原因：七、实验体会实验二 局部阻力损失测试实验一、实验目的1、 测定管路突然扩大局部阻力系数值，并与理论公式ξ=（D 2/d 2-1）2的计算值比较2、 通过本实验掌握一般局部阻力系数的测定。
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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。
三、实验装置及流程
实验装置如图1所示。
主要由玻璃实验导管、流量计、流量调节阀、低位水槽、循环水泵、稳压溢流水槽等部分组成，演示主管路为220⨯φmm 硬质玻璃。
6
7
8
9
图1 流体流型演示实验
1－红墨水储槽； 2－溢流稳压槽； 3－实验导管； 4－转子流量计；
5－循环泵； 6－上水管； 7－溢流回水管； 8－调节阀； 9－储水槽
实验前，先将水充满低位水槽，然后启动循环水泵，待水充满稳压溢流水槽后，开启流量调节阀。
水由稳压溢流水槽流经缓冲槽、实验导管和流量计，最后流回低位贮水槽。
水流量的大小，可由流量调节阀调节。
示踪剂采用红墨水，它由红墨水贮瓶经连接管和细孔喷嘴，注入实验导管。
细孔玻璃注射管（或注射针头）位于实验导管入口的轴线部位。
注意：实验用的水应清洁，红墨水的密度应与水相当，装置要放置平稳，避免震动。
四、演示操作
（1）层流流动型态
实验时，先少许开启调节阀，将流速调至所需要的值。
再调节红墨水贮瓶的下口旋塞，并作精细调节，使红墨水的注人流速与实验导管中主体流体的流速相适应，一般略低于主体流体的流速为宜。
待流动稳定后，记录主体流体的流量。
此时，在实验导管的轴线上，就可观察到一条平直的红色细流，好像一根拉直的红线一样。
（2）湍流流动型态
缓慢地加大调节阀的开度，使水流量平稳地增大，玻璃导管内的流速也随之平稳地增大。
此时可观察到，玻璃导管轴线上呈直线流动的红色细流，开始发生波动。
随着流速的增大，红色细流的波动程度也随之增大，最后断裂成一段段的红色细流。
当流速继续增大时，红墨水进入试验导管后立即呈烟雾状分散在整个导管内，进而迅速与主体水流混为—体，使整个管内流体染为红色，以致无法辨别红墨水的流线。
实验总结参考问题：
1、流体的流型有哪几种？你在本实验中观察到的现象是什么？
2、流型的判断依据是什么？
3、如何测定雷诺数？。