雷诺实验带数据处理.pdf

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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那么。

3.掌握误差分析在实验数据处理中的应用。

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，而在层流流动中那么没有，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Re，作为判别流体

流动状态的准那么

式中Q——流体断面平均流量,Ls

D——圆管直径,mm

——流体的运动粘度,m2s

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

提出的经历公式计算

式中——水在tC时的运动粘度，m2s；

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。

.v.

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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

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那么，即

Re2320时，层流

Re2320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。

5、实际流体的流动之所以会呈现出两种不同的型态是扰动因素与粘性稳定

作用之间比照和抗衡的结果。针对圆管中定常流动的情况，容易理解：减小D，

减小，加大v三种途径都是有利于流动稳定的。综合起来看，小雷诺数流动

趋于稳定，而大雷诺数流动稳定性差，容易发生紊流现象。

6、由于两种流态的流场构造和动力特性存在很大的区别，对它们加以判别

并分别讨论是十分必要的。圆管中恒定流动的流态为层流时，沿程水头损失与平

均流速成正比，而紊流时那么与平均流速的1.75～2.0次方成正比，如图2所示。

7、通过对一样流量下圆管层流和紊流流动的断面流速分布作一比较，可以

看出层流流速分布呈旋转抛物面，而紊流流速分布那么比较均匀，壁面流速梯度

和切应力都比层流时大，如图3所示。

图1三种流态示意图2三种流态曲线图3圆管断面流速分布

三、实验装置

.v.

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四、实验数据分析

有关常数：管径d＝30mm，水温T＝27℃，

72

运动粘性系数：v＝8.6247510m/s

表1数据记录表格

测

工程