雷诺实验指导
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：νVdR e =式中，V ——断面平均流速，m 3/sd ——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)。
雷诺数实验指导书
雷诺数实验指导书1、实验演示及实验设备2、实验规范1.每次实验必须按时到达。
对实验室内仪器设备应加以爱护，室内保持清洁。
实验前应了解实验仪器的功用及使用方法。
实验完毕，须将仪器整理后交还原处。
2.无故缺席一次者，本实验课程作不及格论，因故请假者须于实验前或后报告指导教师并请示补做办法，否则以无故缺席论。
3.实验前应到校教材科购买相关实验指导书并进行预习，了解相关实验内容、实验方法和实验步骤，未预习实验指导书之前不得参加实验。
4.实验期间应听从指导教师的指导，相互间通讯宜采用手势信号，切忌高声叫嚷，妨碍他人进行实验。
5.每组(项)实验人数以4~6人为宜，实验的各项工作有可能时应轮流担任，务使每人均能了解实验过程中的每一步骤。
6.实验记录数据应于实验结束后交给指导教师查阅，经指导教师认可后方可开始进行数据处理，如实验结果误差太大时，应详细检查原因，和指导教师商讨处理方法。
3、实验基础知识一、流体力学实验的重要意义水力学是研究液体(主要是水)的平衡和运动规律及其应用的科学，水力学是流体力学学科的重要组成部分。
由于液体流动的运动规律非常复杂，还不能完全由理论研究方法来解决所有实际问题，许多未知的流体运动规律还须通过实验研究来探索和发现;另外，理论研究得到的流体运动规律还应通过实验来加以验证和补充。
如果我们能用实验方法把自然现象在实验室内重复进行，观察其中的物理本质，再根据因次分析和相似理论得出其中的分析关系或曲线图表，就可把这些结果应用到工程实际中。
实验是理论和实践的初步结合，通过实验能增加我们的感性知识，帮助我们记忆和巩固所学到的理论知识，并培养我们从事科学实验的技能，因而在实验时应注意实验过程中出现的情况和它所运用到的理论，检验它是否和所学到的理论知识相符合。
二、水的基本物理性质1、水在4℃时的密度2、水的粘性系数随温度而变化，其动力粘性系数:(Pa·s)式中为温度t=0℃时的动力粘性系数(Pa·s)运动粘性系数ν=，它与温度的关系为:(㎝×㎝/s)ν0=0.01792(cm2/s)式中ν0为水在温度t=0℃时的运动粘性系数。
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 dυγ=式中 υ——流体断面平均流速 , s cmd ——圆管直径 , cmγ——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20.017810.03370.000221t tγ=++ 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。
雷诺系数实验
雷诺系数一、实验目的1、观测水的层流和湍流的形态、特征和判别准则。
2、学习测量和计算流体的临界雷诺数和雷诺数。
二、实验原理雷诺实验揭示了粘性流体在流动过程中存在两种截然不同的流动状态：层流的湍流。
雷诺系数是判别两种流动状态的重要理论依据，它是流体惯性力和粘性力的比值，它是一个无固次化的量。
雷诺系数较小时，粘滞力对流场的影响大于惯性力，流动中流速的扰动会因粘滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺系数较大时，惯性力对流场的影响大于粘滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展，增强，形成湍流，不规则的湍流流场。
三、实验内容和步骤1、缓慢调节水流控制阀，观察透明水管中红色水流线的变化，观察水的层流态，湍流态的特征；（如图1所示）图13、找出层流和湍流的转换临界点，在临界点测流水的流速，往复测量三次（如图2），将实验数据记录于表1；图24、表1管径d=14.3mm运动粘度3、根据实验数据计算出水的临界雷诺系数；由连续方程vA=Q带入第一组数据有=0.249m/s带入第一组数据有=0.291m/s带入第一组数据有=0.291m/s平均雷诺系数为：Re=四、实验结论本次试验利用雷诺装置再现了测量雷诺系数的过程。
在实验中，我们观察红色水流线在流场中的状态，理解了层流和湍流的流动特征。
当水流流速增大时，红色水流线由稳定细小着色流束变到出现波纹最后完全掺杂到水流中。
经过对实验数据的处理，我们根据雷诺系数的方程计算出有层流变为湍流的临界雷诺系数Re=3933，此数据与理论值有所区别，由实验误差造成。
误差来源有实验设备本身的系统误差和测量量杯的误差以及读数的随机误差，另外接水时会有水量损失，误差最主要原因在于由层流变为湍流的临界点较难控制，并且此临界系数会随实验条件变化较大。
因此在实验误差允许的范围内，此实验所得的雷诺系数是合理的。
雷诺实验
1、开启进水开关，向水箱内注水。
到达一定水位高度，并保持适当的溢流，使水箱内水位稳定（为
保证水的紊流度充分降低，该项工作应在实验之前24小时进行）。
在实验期间如出现水位变化时，应缓慢调节进水开关确保水箱内水位稳定
2、待管内空气排出后，松开颜色水开关使颜色水随玻璃管内主流一起流动。
此时可见管内水流
处于紊流状态。
3、缓慢关小放水开关，同时观察玻璃管内颜色水变动情况，直到颜色水变为一条稳定的直线，此
时即为紊流转变为层流的下临界状态。
用量杯和秒表测量此时的流量
4、开大放水开关，使玻璃管内水流变为紊流状态；重新缓慢关小放水开关，待玻璃管内颜色水变
为一条直线时，用量杯和秒表测量此时的流量
5、重复步骤4
6、实验完成后，关闭颜色水开关
7、微微开启调节阀9，并注入颜色水于管道内，使颜色水流成一条直线。
通过颜色水质点的运
动观察管内水流层流流态；然后逐步开大调节阀9，通过颜色水直线的变化观察水流从层流到紊流变化的水力特征；待管中出现完全紊流后再逐步关小调节阀，观察水流由紊流转变为层流的水力特征。
8、3、测定下临界雷诺数
9、
10、（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
实验色水在全管刚刚拉成一条直线状态时，即为下临界状态。
注意每调节一次阀门，均须等待稳定几分钟。
11、
12、（2）待管中出现临界状态时，用体积法测定流量。
13、
14、（3）重新开大调节阀，使管内流动形成完全紊流，按上述步骤重复测量6～7次。
实验数据记录
六、实验结果。
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。
雷诺演示实验实验报告
雷诺演示实验实验报告实验报告：雷诺演示实验一、实验目的：1. 通过雷诺演示实验了解流体的层流和湍流的特性。
2. 观察不同雷诺数下流体流动的形态和性质。
3. 探究不同因素对流动状态的影响。
二、实验原理：雷诺数（Reynolds number）是描述流体流动的重要无量纲参数，定义为流体的惯性力与粘性力的比值。
雷诺数越大，流体就越容易产生湍流；雷诺数越小，流体流动更趋向于层流。
三、实验仪器和材料：1. 雷诺演示实验装置：包括流量调节阀、流量计、直管道、水槽等。
2. 水。
四、实验步骤：1. 打开水龙头，调节流量调节阀使水流经过流量计流入直管道。
2. 观察水流的形态和性质，记录水流的雷诺数。
3. 逐渐调节水流量，重复步骤2，记录不同流量下的雷诺数。
4. 改变直管道的直径，重复步骤2和3，记录不同直径下的雷诺数。
五、实验结果分析：在实验过程中，观察到不同雷诺数下流体的流动形态发生了变化。
当雷诺数较小时，流体流动趋向于层流，流线整齐、平行；当雷诺数增大时，流体流动趋向于湍流，出现涡流、乱流等现象。
实验中发现，当流量增加时，雷诺数也随之增加，流动状态从层流逐渐过渡到湍流。
这表明流体流动趋向于湍流与流量大小有关，流量增加会增大流体的惯性力，促使流体产生湍流。
另外，实验还发现，当直管道的直径减小时，雷诺数也随之减小，流动状态从湍流逐渐过渡到层流。
这说明直管道内部流体的速度变化较小，层流较为稳定。
通过实验结果分析，我们可以得出结论：1. 流体的流动趋向于湍流与流量的大小有关，流量增加会增大流体的惯性力，促使流体产生湍流。
2. 流体的流动趋向于层流与直管道内部的速度变化有关，直管道内部速度变化较小时，层流较为稳定。
六、实验总结：通过本次雷诺演示实验，我们深入了解到了流体的层流和湍流的特性以及雷诺数的概念和意义。
实验结果表明，雷诺数是描述流体流动状态的重要参数，在不同流量和直径条件下，流体流动的性质和形态会发生明显的变化。
流体力学实验指导
实验一：雷诺实验实验学时：2 实验类型：验证实验要求：选修一、实验目的：1、 观察层流、紊流的流态；2、 测定临界雷诺数，掌握圆管流态的判断标准；3、 观察紊流形成的过程，理解紊流产生的机理；4、 观察的流态；5、观察流体在各种绕流运动中阻力的大小，分析流体流动的两种阻力形式。
二、 实验内容：1、 观察层流、紊流的流态；2、 测定临界雷诺数，掌握圆管流态的判断标准；3、 观察紊流形成的过程，理解紊流产生的机理；4、 理解流体绕流过程中的摩擦阻力与压差阻力的两种阻力形式。
三、实验原理1、雷诺数：反映惯性力与粘性力的比值。
vdR e υ=24dQ πυ=R e >4000为紊流 R e <2000为层流2000< R e <4000为层流与紊流过度区2、绕流阻力：为摩擦阻力与压差阻力之和。
2222ρυρυpp ff A C A C D +=式中：D —绕流阻力；C f —绕流摩擦阻力系数； A f —绕流摩擦阻力迎流面积； C p —绕流压差阻力系数； A p —绕流压差阻力迎流面积；υ—来流速度。
四、实验仪器与元件实验仪器：雷诺实验仪、壁挂式流动显示仪 仪器元件：自循环供水系统、颜色水箱、放水阀等 流体介质：水、颜色水 实验装置如图：雷 诺 数 实 验 台1． 箱及潜水泵 2.上水管 3. 溢流管 4. 电源 5.整流栅 6.溢流板 7.墨盒 8. 墨针 9.实验管 10. 调节阀 11. 接水箱 12. 量杯 13. 回水管 14实验桌 雷诺数γdV R e ⋅=，根据连续方程：A V=Q ，AQ V =五、实验方法与步骤实验方法与操作步骤如下：1、熟悉实验装置各部分功能，记录有关常数；2、观察两种流态。
打开电源开关4使水箱充水至溢流水位，经稳定后，微微开启调节阀10，并打开墨盒上的颜色水调节阀门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。
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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。
三、实验设备
下图是流态实验装置图。
它由能保持恒定水位的水箱，试验管道及能注入有色液体的部分等组成。
实验时，只要微微开启出水阀，并打开有色液体盒连接管上的小阀，色液即可流入圆管中，显示出层流或紊流状态。
图7-1 自循环液体两种流态演示实验装置图
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、稳水孔板；
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有色水。
四、实验步骤
1、开启电流开关向水箱充水，使水箱保持溢流。
2、微微开启泄水阀及有色液体盒出水阀，使有色液体流入管中。
调节泄水阀，使管中的有色液体呈一条直线，此时水流即为层流。
此时用体积法测定管中过流量。
3、慢慢加大泄水阀开度，观察有色液体的变化，在某一开度时，有色液体由直线变成波状形。
再用体积法测定管中过流量。
4、继续逐渐开大泄水阀开度，使有色液体由波状形变成微小涡体扩散到整个管内，此时管中即为紊流。
并用体积法测定管中过流量。
5、以相反程序，即泄水阀开度从大逐渐关小，再观察管中流态的变化现象。
并用体积法测定管中过流量。
五、绘图分析
在双对数纸上以V 为横坐标，h f 为纵坐标，绘制lgV~lgh f 曲线，并在曲线上找上临界流速V K 上，计算上临界雷诺数R EK 上ν
∙=
d
V k 上并定出两段直线斜率m 1，m 2。
1
2f
f v l
g v lg
h lg h lg m 1
2
--=
将从图上求得的m 值与各流区m 理论值进行比较，并分析不同流态下沿程水头损失的变
化规律。
六、提交成果
1. 绘制lgV~lgh f关系曲线，并在曲线上找上、下临界流速V K上、V K下。
计算上下临界雷诺系数。
2.为什么上下临界雷诺系数有差别。
上临界雷诺系数：水流层流做一维运动，背景扰动晓，受惯性力影响小。
下临界雷诺系数：水流从紊流到层流作随机运动，流体质点不规则，背景扰动大，惯性干扰也大。
七、数据记录
管径d= cm; 断面面积A= cm2
水温t= 度；运动粘滞系数ν= cm2/s。