實驗七-雷諾實驗(共4頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實驗七 雷諾實驗一、實驗?zāi)康?、觀察液體流動時的層流和紊流現(xiàn)象。區(qū)分兩種不同流態(tài)的特征，搞清兩種流態(tài)產(chǎn)生的條件。分析圓管流態(tài)轉(zhuǎn)化的規(guī)律，加深對雷諾數(shù)的理解。2、測定顏色水在管中的不同狀態(tài)下的雷諾數(shù)及沿程水頭損失。繪制沿程水頭損失和斷面平均流速的關(guān)系曲線，驗證不同流態(tài)下沿程水頭損失的規(guī)律是不同的。進(jìn)一步掌握層流、紊流兩種流態(tài)的運動學(xué)特性與動力學(xué)特性。3、通過對顏色水在管中的不同狀態(tài)的分析，加深對管流不同流態(tài)的了解。學(xué)習(xí)古典流體力學(xué)中應(yīng)用無量綱參數(shù)進(jìn)行實驗研究的方法，并了解其實用意義。二、實驗原理1、液體在運動時，存在著兩種根本不同的流動狀態(tài)。當(dāng)液體流速較小時，慣性力較小

2、，粘滯力對質(zhì)點起控制作用，使各流層的液體質(zhì)點互不混雜，液流呈層流運動。當(dāng)液體流速逐漸增大，質(zhì)點慣性力也逐漸增大，粘滯力對質(zhì)點的控制逐漸減弱，當(dāng)流速達(dá)到一定程度時，各流層的液體形成渦體并能脫離原流層，液流質(zhì)點即互相混雜，液流呈紊流運動。這種從層流到紊流的運動狀態(tài)，反應(yīng)了液流內(nèi)部結(jié)構(gòu)從量變到質(zhì)變的一個變化過程。液體運動的層流和紊流兩種型態(tài)，首先由英國物理學(xué)家雷諾進(jìn)行了定性與定量的證實，并根據(jù)研究結(jié)果，提出液流型態(tài)可用下列無量綱數(shù)來判斷：Re=Vd/Re稱為雷諾數(shù)。液流型態(tài)開始變化時的雷諾數(shù)叫做臨界雷諾數(shù)。在雷諾實驗裝置中，通過有色液體的質(zhì)點運動，可以將兩種流態(tài)的根本區(qū)別清晰地反映出來。在層流中，有

3、色液體與水互不混慘，呈直線運動狀態(tài)，在紊流中，有大小不等的渦體振蕩于各流層之間，有色液體與水混摻。2、在如圖所示的實驗設(shè)備圖中，取1-1，1-2兩斷面，由恒定總流的能量方程知：因為管徑不變V1=V2 h所以，壓差計兩測壓管水面高差h即為1-1和1-2兩斷面間的沿程水頭損失，用重量法或體積濁測出流量，并由實測的流量值求得斷面平均流速，作為lghf和lgv關(guān)系曲線，如下圖所示，曲線上EC段和BD段均可用直線關(guān)系式表示，由斜截式方程得：lghf=lgk+mlgv lghf=lgkvm hf=kvm m為直線的斜率式中： 實驗結(jié)果表明EC=1，=45°，說明沿程水頭損失與流速的一次方成正比例

4、關(guān)系，為層流區(qū)。BD段為紊流區(qū)，沿程水頭損失與流速的1.752次方成比例，即m=1.752.0，其中AB段即為層流向紊流轉(zhuǎn)變的過渡區(qū)，BC段為紊流向?qū)恿鬓D(zhuǎn)變的過渡區(qū)，C點為紊流向?qū)恿鬓D(zhuǎn)變的臨界點，C點所對應(yīng)流速為下臨界流速，C點所對應(yīng)的雷諾數(shù)為下監(jiān)界雷諾數(shù)。A點為層流向紊流轉(zhuǎn)變的臨界點，A點所對應(yīng)流速為上臨界流速，A點所對應(yīng)的雷諾數(shù)為上臨界雷諾數(shù)。三、實驗設(shè)備下圖是流態(tài)實驗裝置圖。它由能保持恒定水位的水箱，試驗管道及能注入有色液體的部分等組成。實驗時，只要微微開啟出水閥，并打開有色液體盒連接管上的小閥，色液即可流入圓管中，顯示出層流或紊流狀態(tài)。圖7-1 自循環(huán)液體兩種流態(tài)演示實驗裝置圖1、自循

5、環(huán)供水器；2、實驗臺；3、可控硅無級調(diào)速器；4、恒壓水箱；5、有色水水管；6、穩(wěn)水孔板；7、溢流板；8、實驗管道；9、實驗流量調(diào)節(jié)閥供水流量由無級調(diào)速器調(diào)控，使恒壓水箱4始終保持微溢流的程度，以提高進(jìn)口前水體穩(wěn)定度。本恒壓水箱還設(shè)有多道穩(wěn)水隔板，可使穩(wěn)水時間縮短到35分鐘。有色水經(jīng)水管5注入實驗管道8，可據(jù)有色水散開與否判別流態(tài)。為防止自循環(huán)水污染，有色指示水采用自行消色的專用有色水。四、實驗步驟1、開啟電流開關(guān)向水箱充水，使水箱保持溢流。2、微微開啟泄水閥及有色液體盒出水閥，使有色液體流入管中。調(diào)節(jié)泄水閥，使管中的有色液體呈一條直線，此時水流即為層流。此時用體積法測定管中過流量。3、慢慢加大

6、泄水閥開度，觀察有色液體的變化，在某一開度時，有色液體由直線變成波狀形。再用體積法測定管中過流量。4、繼續(xù)逐漸開大泄水閥開度，使有色液體由波狀形變成微小渦體擴(kuò)散到整個管內(nèi)，此時管中即為紊流。并用體積法測定管中過流量。5、以相反程序，即泄水閥開度從大逐漸關(guān)小，再觀察管中流態(tài)的變化現(xiàn)象。并用體積法測定管中過流量。五、繪圖分析在雙對數(shù)紙上以V為橫坐標(biāo)，hf為縱坐標(biāo)，繪制lgVlghf曲線，并在曲線上找上臨界流速VK上，計算上臨界雷諾數(shù)REK上并定出兩段直線斜率m1，m2。將從圖上求得的m值與各流區(qū)m理論值進(jìn)行比較，并分析不同流態(tài)下沿程水頭損失的變化規(guī)律。六、思考題1、液體流態(tài)與哪些因素有關(guān)?為什么外界干擾會影響液體流態(tài)的變化?2、雷諾數(shù)的物理意義是什么？為什么雷諾數(shù)可以用來判別流態(tài)？3臨界雷諾數(shù)與哪些因素有關(guān)？為什么上臨界雷諾數(shù)和下臨雷諾數(shù)不一樣？4流態(tài)判據(jù)為何采用無量綱參數(shù)，而不采用臨界流速？5分析層流和紊流在動力學(xué)特性和運動學(xué)特性