实验23 雷诺数实验
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
本实验的装置如图1所示。
供水流量由无级调速器调控使恒压水箱5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注入实验管道7，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失的专用色水。
三、实验原理
雷诺数
K=
v为流体速度（管流平均流速）， d为圆管直径，n为流体运动粘度。Q为圆管内流量。
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8，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，用重量时间法测定流量；
(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。
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，只许渐小，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。
d、 不要靠或摇动实验台，以减小对水流的扰动。
e、 观测流段为中间部分管段，采用从上至下俯视或用白色板挡在实验管段一侧的方法来观测，有色水束显示得比较明显。
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，即为上临界状态，测定上临界雷诺数1～2次。
5、实验结束后，关闭水泵开关，拔下电源插头，关闭有色水供水的阀门，放空水箱，擦干实验台和附近地面上的水迹。
五、实验成果及要求：
实验台号 No. 2
1、有关常数 管径d= cm 水温 t = ℃
运动黏度
计算常数K= s/cm
2、整理、记录计算表格
实验次序 |
颜色水 形态 |
重量 |
时间 |
流量 |
雷诺数 |
阀门开度增或减 |
备注 |
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实测下临界雷诺数平均值= |
六、实验分析与讨论：
☆ 1．流态判据为何采用无量纲参数，而不采用临界流速？
2．为何认为上临界雷诺数无实际意义，而采用下临界雷诺数作为层流与紊流的判据？实测下临界雷诺数为多少？
3．雷诺实验得出的圆管流动下临界雷诺数为2320，而目前一般教科书中介绍采用的下临界雷诺数是2000，原因何在？
4． 试分析由层流过渡到紊流的机理何在？
分析层流和紊流在运动学特性和动力学特性方面各有何差异？
