雷諾實驗裝置工作原理

『壹』 經過文丘里射流器流量有沒有變化

4
雷諾實驗

一、實驗目的要求

1
．觀察層流、紊流的流態及其轉換特徵；

2
．測定下臨界雷諾數，掌握圓管流態判別准則；

3
．掌握誤差分析在實驗數據處理中的應用。

二、實驗原理

1
．實驗裝置圖

自循環雷諾實驗裝置圖

1.
自循環供水器；
2.
實驗台；
3.
可控硅無級調速器；
4.
恆壓水箱；
5.
有色水水管；

6.
穩水孔板；
7.
溢流板；
8.
實驗管道；
9.
實驗流量調節閥。

2
．實驗原理

根據雷諾數的表達式
Re=VD/
ν

，結合連續性方程
Q=AV
，得
Re=4Q/(
π
D
ν
)

其中
V
表示管道中的平均流速，
D
表示管道直徑，
為水的運動粘性系數。通過層流與紊流的
運動學特點，觀察、判斷層流向紊流轉變時的情況，並測量相應數值，按上式計算獲得雷諾數。層
流向湍流轉變的臨界狀態所測雷諾數稱為上臨界雷諾數，
湍流向層流轉變的臨界狀態所測雷諾數稱
為下臨界雷諾數。

水的運動黏性系數與溫度有關，可由下式計算出

其中
T
為溫度，以攝氏度為單位。

三、實驗方法與步驟

1
．測記本實驗的有關常數。

2
．觀察兩種流態。

打開開關
3
使水箱充水至溢流水位，
經穩定後，
微微開啟調節閥
9
，
並注入顏色水於實驗管內，
使顏色水流成一直線。通過顏色水質點的運動觀察管內水流的層流流態，然後逐步開大調節閥，
通
過顏色水直線的變化觀察層流轉變到紊流的水力特徵，
待管中出現完全紊流後，
再逐步關小調節閥，
觀察由紊流轉變為層流的水力特徵。

5
3
．測定下臨界雷諾數。

(1)
將調節閥打開，
使管中呈完全紊流，
再逐步關小調節閥使流量減小。
當流量調節到使顏色水
在全管剛呈現出一穩定直線時，即為下臨界狀態；

(2)
待管中出現臨界狀態時，用體積法測定流量；

(3)
根據所測流量計算下臨界雷諾數，並與公認值（
2300
）比較，偏離過大，需重測；

(4)
重新打開調節閥，使其形成完全紊流，按照上述步驟重復測量不少於三次；

(5)
同時用水箱中的溫度計測記水溫，從而求得水的運動粘度。

[
注意
]
(1)
每調節閥門一次，均需等待穩定幾分鍾；

(2)
關小閥門過程中，只許漸小，不許開大；

(3)
隨出水流量減小，應適當調小開關，以減小溢流量引發的擾動。

4
．測定上臨界雷諾數。

逐漸開啟調節閥，使管中水流由層流過渡到紊流，當色水線剛開始散開時，即為上臨界狀態，
測定上臨界雷諾數
1~2
次

『貳』 水力學hf是什麼

慣性與重力特性

2．粘滯性：液體的粘滯性是液體在流動中產生能量損失的根本原因.

描述液體內部的粘滯力規律的是牛頓內摩擦定律:τ = μdy

注意牛頓內摩擦定律適用范圍： 1)牛頓流體， 2)層流運動

3．可壓縮性。 在研究水擊時需要考慮

4．表面張力特性。 進行模型試驗時需要考慮

水力學的兩個基本假設：

(二)連續介質和理想液體假設

1.連續介質：液體是由液體質點組成的連續體,可以用連續函數描述液體運動的物理量.

2．理想液體：忽略粘滯性的液體

（三）作用在液體上的兩類作用力

第 1章水靜力學

水靜力學包括靜水壓強和靜水總壓力兩部分內容。通過靜水壓強和靜水總壓力的計 算，可以求作用在建築物上的靜水荷載。

(一) 靜水壓強：

主要掌握靜水壓強特性,等壓面,水頭的概念，以及靜水壓強的計算和不同表示方法.

1．靜水壓強的兩個特性：

（ 1 ）靜水壓強的方向垂直且指向受壓面

（2）靜水壓強的大小僅與該點坐標有關，與受壓面方向無關，

2.等壓面與連通器原理：在只受重力作用,連通的同種液體內,等壓面是水平面.

(它是靜水壓強計算和測量的依據）

3．重力作用下靜水壓強基本公式（水靜力學基本公式）

（z+p/ρg ）—測壓管水頭

請注意，「水頭」表示單位重量液體含有的能量。

4．壓強的三種表示方法：絕對壓強p′，相對壓強p， 真空度pv,

它們之間的關系為：p=p′-pa pv=│p│（當p＜0時pv存在）

相對壓強: p=ρg h,可以是正值，也可以是負值。要求掌握絕對壓強、相對壓強和真空 度三者的概念和它們之間的轉換關系。

1

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計算靜水總壓力包括求力的大小、方向和作用點，受壓面可以分為平面和曲面兩類。 根據平面的形狀：對規則的矩形平面可採用圖解法，任意形狀的平面都可以用解析法進行 計算。

(二) 靜水總壓力的計算

1)平面壁靜水總壓力

（1） 圖解法：大小： P=Ωb,Ω--靜水壓強分布圖面積

（2） 方向：垂直並指向受壓平面

作用線：過壓強分布圖的形心，作用點位於對稱軸上。

靜水壓強分布圖是根據靜水壓強與水深成正比關系繪制的，只要用比例線段分別畫出 平面上兩點的靜水壓強，把它們端點聯系起來，就是靜水壓強分布圖。

（2）解析法：大小： P=pcA, pc—形心處壓強

方向：垂直並指向受壓平面

作用點 D：通常作用點位於對稱軸上，在平面的幾何中心之下。

求作用在曲面上的靜水總壓力 P，是分別求它們的水平分力 Px和鉛垂分力 Pz，然後再 合成總壓力 P。

(2)曲面壁靜水總壓力

（1） 水平分力： Px=pcAx=ρg hcAx

水平分力就是曲面在鉛垂面上投影平面的靜水總壓力，它等於該投影平面形心點的壓 強乘以投影面面積。要求能夠繪制水平分力 Px的壓強分布圖，即曲面在鉛垂面上投影平面 的靜水壓強分布圖。

（2） 鉛垂分力： Pz=ρgV ,V---壓力體體積.

在求鉛垂分力 Pz時,要繪制壓力體剖面圖。壓力體是由自由液面或其延長面,受壓曲面

以及過曲面邊緣的鉛垂平面這三部分圍成的體積。當壓力體與受壓面在曲面的同側，

那麼鉛垂分力的方向向下；當壓力體與受壓面在曲面的兩側，則鉛垂分力的方向向上.

（3） 合力方向：α=arctg P z

P x

第 2章 液體運動的流束理論

（一）液體運動的基本概念

1. 流線的特點:反映液體運動趨勢的圖線

流線的性質:流線不能相交；流線不能轉折

在均勻流和漸變流過水斷面上，壓強分布滿足： z+ p =c

ρ g

2

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（二）液體運動基本方程

能量方程是應用最廣泛的方程，能量方程中的最後一項 hw是單位重量液體從 1 斷面流 到 2 斷面的平均水頭損失

（1） 能量方程應用條件：

恆定流，只有重力作用，不可壓縮

漸變流斷面，無流量和能量的出入

（2）能量方程應用注意事項:

三選：選擇統一基準面便於計算

選典型點計算測壓管水頭: z+ p

選計算斷面使未知量盡可能少  ρ g

（壓強計算採用統一標准）

（3）能量方程的應用：

它經常與連續方程聯解求：斷面平均流速，管道壓強，作用水頭等。

文丘里流量計是利用能量方程確定管道流量的儀器。

畢託管則是利用能量方程確定明渠（水槽）流速的儀器。

β—動量修正系數，一般取β=1.0

式中：∑Fx、∑Fy、∑Fz是作用在控制體上所有外力沿各坐標軸分量的合力， V1i,V2i 是進口和出口斷面上平均流速在各坐標軸上投影的分量。動量方程的應用條件與能量方程 相似，恆定流和計算斷面應位於漸變流段。

動量方程應用注意事項：

a) 動量方程是矢量方程，要建立坐標系。（所建坐標系應使投影分量越多等於 0 為

好，這樣可以簡化計算過程。）

b)流速和力矢量的投影帶正負號。（當投影分量與坐標方向一致為正，反之為負）

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c)流出動量減去流入動量。

d)正確分析作用在水體上的力，

一般有重力、壓力和邊界作用力(作用在水體上的力通常有重力、壓力和邊界作用力)

e)未知力的方向可以任意假設。（計算結果為正表示假設正確，否則假設方向與實際相 反）

通常動量方程需要與能量方程和連續方程聯合求解。

第3章 流態與水頭損失

水頭損失以及與水頭損失有關的液體的流態。

（一）水頭損失的計算方法

1.總水頭損失： hw=∑hf+∑hj

沿程水頭損失：

2

2

從沿程水頭損失的達西公式可以知道，要計算沿程水頭損失，關鍵在於確定沿程水頭損失 系數λ（閃動λ）。而λ值的確定與水流的流態和邊界的粗糙程度密切相關。

（二）液體的兩種流態和判別

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流態的判別的概化條件： Re＜Rek 層流；

Re＞Rek 紊流

判別水流流態的雷諾數是重要的無量綱數，它的物理意義表示慣性力與粘滯力的比 值。

3.圓管層流流動

(1)斷面流速分布特點：拋物型分布，不均勻

4.紊流運動特性

紊流的特徵—液層間質點混摻，運動要素的脈動

紊流內部存在附加切應力：

紊流邊界有三種狀態：

紊流中：當Re較小Δ ＜ 0.3 水力光滑

通過尼古拉茲實驗研究發現紊流三個流區內的沿程水力摩擦系數的變化規律。

5. λ的變化規律 尼古拉茲實驗 （人工粗糙管）

層流區： λ=f1(Re)= A

Re

紊流粗糙區也稱為紊流阻力平方區，沿程水力摩擦系數λ與雷諾數無關，所以沿程水 頭損失與流速成正比。與雷諾實驗結果一致。

在實際水利工程中常用舍齊公式和曼寧公式計算流速或沿程水頭損失，需要掌握。

6.謝齊公式與曼寧公式

謝齊公式：V=C RJ

『叄』 雷諾實驗原理

雷諾揭示了重要的流體流動機理，即根據流速的大小,流體有兩中不同的形

態。當流體流速較小時，流體質點只沿流動方向作一維的運動，與其周圍的流體

間無宏觀的混合即分層流動這種流動形態稱層流或滯流。流體流速增大大某個值

後，流體質點除流動方向上的流動外，還向其它方向作隨機的運動，即存在流體

質點的不規則的脈動，這種流體形態稱湍流。

雷諾將一些影響流體流動形態的因素用 Re表示。

Re=ρ/μ

一般

Re<200 層流區

200<Re<400 過渡區

Re>400 湍流區

『肆』 化工原理雷諾實驗中溢流裝置是怎樣的結構，它的作用是什麼

七就是溢流裝置。

提高進口前水體穩定度。

一般來說，每一個地區大學裝置基本上都是不一樣。

而且這個實驗基本上沒有成功性。