实验五 雷诺实验
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，掌握园管流态判别准则；
3．学习古典流体力学中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5.1所示。
图5.1 自循环雷诺实验装置图
1.自循环供水器 2.实验台 3.可控硅无级调速器 4.恒压供水箱 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
供水流量有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。有色水经有色水管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色水。
三、实验原理
Re?
vd4Q??KQ； νπdν
K?4 πdν四、实验方法与步骤
1．测记本实验的有关常数。
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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9，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减小。当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，用体积法或电测法测定流量；
（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。 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。
五、实验成果及要求 1．记录计算有关常数
管径
d? cm， 水温 t? ?C
运动粘度?? 0.01775 ? cm2/s 21?0.0337t?0.000221t2．整理、记录计算表
表5.1 实验次序 测量记录及计算表 颜色水线 形态 水体积 V（cm3） 时间 T（s） 流量 Q（cm3/s） 雷诺数 Re 阀门开度增（↑）或减（↓） 备注 注：颜色水形态指：稳定直线，稳定略弯曲，直线抖动、直线摆动，断续，完全散开等。
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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．试结合紊动机理实验的观察，分析由层流过渡到紊流的机理何在？ 5．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？
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实验六 文丘里流量计实验
一、实验目的要求?
1．通过测定流量系数，掌握文丘里流量计量测管道流量的技术和应用气—水多管压差计量测压差的技术；
2．通过实验与量纲分析，了解应用量纲分析与实验结合研究水力学问题的途径，进而掌握文丘里流量计的水力特性。
二、实验装置
本实验装置如图6.1所示。
图6.1
文丘里流量计实验装置图
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.溢流板 6.稳水孔板 7.文丘里实验管段 8.测压计气阀 9.测压计 10.滑尺 11.多管压差计
在文丘里流量计的两个测量断面上，分别由4个测压孔与相应的均匀环连通。经均压环均压后的断面压强由气—水多管压差计9测量（亦可用电测仪测）。
三、实验原理
根据能量方程式和连续性方程式，可得不计阻力作用时的文氏管过水能力关系式
Q??π2d1pp42g[(Z1?1)?(Z2?2)]?KΔh γγd(1)4?1d218
K?π22gd1d4(1
d2)?14Δh?(Z1?式中：Δh为两断面测压管水头差。
p1p)?(Z2?2) γγ由于阻力的存在，实际通过的流量Q恒小于Q?。今引入一无量纲系数??Q/Q?（?称为流量系数），对计算所得的流量值进行修正 。 即
Q??Q???KΔh
另，由水静力学基本方程可得气—水多管压差计的Δh为
Δh?h1?h2?h3?h4
四、实验方法与步骤
1．测记各有关常数。
2．打开电源开关，全关阀12，检核测管液面读数h1?h2?h3?h4是否为0，不为0时，需查出原因并予以排除。
3．全开调节阀12检查各测管液面是否都处在滑尺读数范围内？否则，按下列步序调节：拧开气阀8，将清水注入测管2、4，待h2?h3?24cm，打开电源开关充水，待连通管无气泡，渐关阀12，并调开关3至h1?h4?28.5cm，即速拧紧气阀8。
4．全开调节阀门，待水流稳定后，读取各测压管的液面读数h1、h2、h3、h4，并用秒表、量筒测定流量。
5．逐次关小调节阀，改变流量7～9次，重复步骤4，注意调节阀门应缓慢。 6．把测量值记录在实验表格内，并进行有关计算。 7．如测管内液面波动时，应取时均值。
8．实验结束，需按步骤2校核压差计是否回零。 五、实验成果及要求 1．记录有关常数
d1? cm，d2? cm，水温 t? ?C
?? cm2/s
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