第二章实验内容实验一流体流动型态及临界雷诺数的测定(一)实验目的1883年雷诺首先在实验装置中观察到实际流体的流动存在两种不同型态——层流和湍流，以及两种不同型态的转变过程。本实验的目的是通过雷诺实验装置，观察液体流动过程的不同流型及其转变过程，测定流型转变时的临界雷诺数。（二）实验原理经许多实验研究者证明：流体流动存在两种截然不同的型态，这种不同的流动型态主要由以下因素决定：流体的密度、黏度、液体流动的速度以及设备的几何尺寸。将这些因素整理归纳为一个无因次的数群，称之为雷诺准数。经大量实验测得：当雷诺准数小于某一临界值时，液体流动型态恒为层流；当雷诺准数大于某一临界值时，流体流动型态恒为湍流。在上临界值与下临界值之间，为不稳定的过渡基区域。对于圆型导管，下临界值为2000，上临界值为4000，一般情况下，上临界值为4000时，即可形成湍流。（三）实验装置雷诺实验装置主要由稳压溢流水槽、实验导管、转子流量计、低位贮水槽、循环水泵等部分组成，演示主管路为φ20×2mm硬质玻璃。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实验导管和流量计，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，水流量由调节阀控制。具体实验装置见下图：三、实验装置及流程1－红墨水储槽；2－溢流稳压槽；3－实验管；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（四）实验方法1、实验前准备工作（1）实验前，先用自来水充满低位水槽，关闭流量计后的调节阀，然后启动循环水泵，待水充满稳压溢流水槽。将适量示踪剂（红墨水）加入储瓶内备用，并尽量排尽储瓶与针头之间管路内的空气。（2）实验前先对流量计进行标定，作好流量标定曲线。（3）用温度计测量水温。2、实验操作
步骤
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（1）保持循环水泵转动，保持稳压溢流水槽有一定的溢流量，以保证实验时具有稳定的压头。（2）少许开启流量计后的调节阀，将流量调至最小值，以便观察稳定的层流流型，然后精细调节示踪剂管路阀使示踪剂的注入流速与实验导管中的主体流体的流速相近，一般略低于主体流体的流速为宜。精心调节至能观察到一条平直的红色细流为止。（3）缓慢的逐渐增大调节阀的开度，使水通过实验导管的流速平稳的增大。直至实验导管内直线流动的红色细流开始发生波动时，记下水的流量和温度，以供计算下临界雷诺数据。（4）继续缓慢增加调节阀开度，使水流量平稳增加。这时水管内流体的流型逐渐向湍流过渡。当流量增大到某一值后，示踪剂一进入实验导管立即分散成雾状，这时表明流体的流型已进入湍流区域，记下水的流量和温度数据，以计算上临界雷诺数据。反复进行数次（至少五至六次）取平均值。3、注意事项（1）本实验示踪剂采用红墨水，它由红墨水储瓶，经连接软管和注射针头，注入实验导管。应当注意调节注射针头的位置使针头位于管轴线上为佳，红墨水的注射速度应与主体流体的流速相近（略低一些），因此随水流量的增大，需相应的调节红墨水注射流量，才能得到较好的实验效果。（2）在实验过程中应随时注意稳压槽溢水流量，随着操作流量的变化，相应调节低位贮水槽的供水量，防止稳压槽内液面下降或泛滥事故发生。3、在实验过程中切勿碰撞设备，操作时也要轻巧缓慢，以免干扰流体流动过程的稳定性。实验过程有一定的滞后现象，因此调节流量的过程切勿操之过急，状态确定稳定之后，再继续调节或记录数据。（五）计算参考数据实验导管内径：18mm（六）数据记录六记录表管子内径项目序号12345水的温度水的密度水的粘度流量计读数观察流动类型Re七、实验结果上临界雷诺数Re=下临界雷诺数Re=（七）思考题1、影响流动形态的因素有哪些？2、如果管子是不透明的，不能用直接观察来判断管中的流动形态，你认为可以用什么办法来判断管中的流动形态？3、有人说可以只用流速来判断管中的流动形态，流速低于某一具体数值时是层流，否则是湍流，你认为这种看法对否？在什么条件下可以只由流速的数值来判断流动形态？4、研究流动形态有何意义？
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