雷諾實驗的裝置和實驗現象

Ⅰ 雷諾實驗的實驗設備

上圖是流態實驗裝置圖。它由能保持恆定水位的水箱，試驗管道及能注入有色液體的部分專等組成。實驗時屬，只要微微開啟出水閥，並打開有色液體盒連接管上的小閥，色液即可流入圓管中，顯示出層流或紊流狀態。 圖7-1自循環液體兩種流態演示實驗裝置圖
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
供水流量由無級調速器調控，使恆壓水箱4始終保持微溢流的程度，以提高進口前水體穩定度。本恆壓水箱還設有多道穩水隔板，可使穩水時間縮短到3～5分鍾。有色水經水管5注入實驗管道8，可據有色水散開與否判別流態。為防止自循環水污染，有色指示水採用自行消色的專用有色水。?

Ⅱ 雷諾實驗現象及物理意義

雷諾揭示了重要的流體流動機理，即根據流速的大小,流體有兩種不同的形態。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為層流或滯流。流體流速增大到某個值後，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脈動，這種流體形態稱為湍流。
反映了沿程阻力系數λ是與流態密切相關的參數，計算λ值必須首先確定水流的流態。
液體流態的判別是用無量綱數雷諾數Re作為判據的。
雷諾數是由流速v、水力半徑R和運動粘滯系數υ組成的無量綱數，所以雷諾數Re表示慣性力與粘滯力的比值關系，當Re較小時，說明粘滯力佔主導，液體為層流；反之則為紊流。

1、觀察液體流動時的層流和紊流現象。區分兩種不同流態的特徵，搞清兩種流態產生的條件。分析圓管流態轉化的規律，加深對雷諾數的理解。
2、測定顏色水在管中的不同狀態下的雷諾數及沿程水頭損失。繪制沿程水頭損失和斷面平均流速的關系曲線，驗證不同流態下沿程水頭損失的規律是不同的。進一步掌握層流、紊流兩種流態的運動學特性與動力學特性。
3、通過對顏色水在管中的不同狀態的分析，加深對管流不同流態的了解。學習古典流體力學中應用無量綱參數進行實驗研究的方法，並了解其實用意義。

1、液體在運動時，存在著兩種根本不同的流動狀態。當液體流速較小時，慣性力較小，粘滯力對質點起控製作用，使各流層的液體質點互不混雜，液流呈層流運動。當液體流速逐漸增大，質點慣性力也逐漸增
雷諾實驗
大，粘滯力對質點的控制逐漸減弱，當流速達到一定程度時，各流層的液體形成渦體並能脫離原流層，液流質點即互相混雜，液流呈紊流運動。這種從層流到紊流的運動狀態，反應了液流內部結構從量變到質變的一個變化過程。
液體運動的層流和紊流兩種型態，首先由英國物理學家雷諾進行了定性與定量的證實，並根據研究結果，提出液流型態可用下列無量綱數來判斷：
Re=Vd/ν
Re稱為雷諾數。液流型態開始變化時的雷諾數叫做臨界雷諾數。
在雷諾實驗裝置中，通過有色液體的質點運動，可以將兩種流態的根本區別清晰地反映出來。在層流中，有色液體與水互不混摻，呈直線運動狀態，在紊流中，有大小不等的渦體振盪於各流層之間，有色液體與水混摻。
2、在如圖所示的實驗設備圖中，取1-1，1-2兩斷面，由恆定總流的能量方程知：
因為管徑不變V1=V2△h
所以，壓差計兩測壓管水面高差△h即為1-1和1-2兩斷面間的沿程水頭損失，用重量法或體積濁測出流量，並由實測的流量值求得斷面平均流速，作為lghf和lgv關系曲線，如下圖所示，曲線上EC段和BD段均可用直線關系式表示，由斜截式方程得：
lghf=lgk+mlgvlghf=lgkvmhf=kvmm為直線的斜率
式中：
實驗結果表明EC=1，θ=45°，說明沿程水頭損失與流速的一次方成正比例關系，為層流區。BD段為紊流區，沿程水頭損失與流速的1.75~2次方成比例，即m=1.75~2.0，其中AB段即為層流向紊流轉變的過渡區，BC段為紊流向層流轉變的過渡區，C點為紊流向層流轉變的臨界點，C點所對應流速為下臨界流速，C點所對應的雷諾數為下臨界雷諾數。A點為層流向紊流轉變的臨界點，A點所對應流速為上臨界流速，A點所對應的雷諾數為上臨界雷諾數。