雷诺实验装置工作原理

『壹』 经过文丘里射流器流量有没有变化

4
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
．测定下临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则；

3
．掌握误差分析在实验数据处理中的应用。

二、实验原理

1
．实验装置图

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。

2
．实验原理

根据雷诺数的表达式
Re=VD/
ν

，结合连续性方程
Q=AV
，得
Re=4Q/(
π
D
ν
)

其中
V
表示管道中的平均流速，
D
表示管道直径，
为水的运动粘性系数。通过层流与紊流的
运动学特点，观察、判断层流向紊流转变时的情况，并测量相应数值，按上式计算获得雷诺数。层
流向湍流转变的临界状态所测雷诺数称为上临界雷诺数，
湍流向层流转变的临界状态所测雷诺数称
为下临界雷诺数。

水的运动黏性系数与温度有关，可由下式计算出

其中
T
为温度，以摄氏度为单位。

三、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
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。

5
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，用体积法测定流量；

(3)
根据所测流量计算下临界雷诺数，并与公认值（
2300
）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
]
(1)
每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟；

(2)
关小阀门过程中，只许渐小，不许开大；

(3)
随出水流量减小，应适当调小开关，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

『贰』 水力学hf是什么

惯性与重力特性

2．粘滞性：液体的粘滞性是液体在流动中产生能量损失的根本原因.

描述液体内部的粘滞力规律的是牛顿内摩擦定律:τ = μdy

注意牛顿内摩擦定律适用范围： 1)牛顿流体， 2)层流运动

3．可压缩性。 在研究水击时需要考虑

4．表面张力特性。 进行模型试验时需要考虑

水力学的两个基本假设：

(二)连续介质和理想液体假设

1.连续介质：液体是由液体质点组成的连续体,可以用连续函数描述液体运动的物理量.

2．理想液体：忽略粘滞性的液体

（三）作用在液体上的两类作用力

第 1章水静力学

水静力学包括静水压强和静水总压力两部分内容。通过静水压强和静水总压力的计 算，可以求作用在建筑物上的静水荷载。

(一) 静水压强：

主要掌握静水压强特性,等压面,水头的概念，以及静水压强的计算和不同表示方法.

1．静水压强的两个特性：

（ 1 ）静水压强的方向垂直且指向受压面

（2）静水压强的大小仅与该点坐标有关，与受压面方向无关，

2.等压面与连通器原理：在只受重力作用,连通的同种液体内,等压面是水平面.

(它是静水压强计算和测量的依据）

3．重力作用下静水压强基本公式（水静力学基本公式）

（z+p/ρg ）—测压管水头

请注意，“水头”表示单位重量液体含有的能量。

4．压强的三种表示方法：绝对压强p′，相对压强p， 真空度pv,

它们之间的关系为：p=p′-pa pv=│p│（当p＜0时pv存在）

相对压强: p=ρg h,可以是正值，也可以是负值。要求掌握绝对压强、相对压强和真空 度三者的概念和它们之间的转换关系。

1

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计算静水总压力包括求力的大小、方向和作用点，受压面可以分为平面和曲面两类。 根据平面的形状：对规则的矩形平面可采用图解法，任意形状的平面都可以用解析法进行 计算。

(二) 静水总压力的计算

1)平面壁静水总压力

（1） 图解法：大小： P=Ωb,Ω--静水压强分布图面积

（2） 方向：垂直并指向受压平面

作用线：过压强分布图的形心，作用点位于对称轴上。

静水压强分布图是根据静水压强与水深成正比关系绘制的，只要用比例线段分别画出 平面上两点的静水压强，把它们端点联系起来，就是静水压强分布图。

（2）解析法：大小： P=pcA, pc—形心处压强

方向：垂直并指向受压平面

作用点 D：通常作用点位于对称轴上，在平面的几何中心之下。

求作用在曲面上的静水总压力 P，是分别求它们的水平分力 Px和铅垂分力 Pz，然后再 合成总压力 P。

(2)曲面壁静水总压力

（1） 水平分力： Px=pcAx=ρg hcAx

水平分力就是曲面在铅垂面上投影平面的静水总压力，它等于该投影平面形心点的压 强乘以投影面面积。要求能够绘制水平分力 Px的压强分布图，即曲面在铅垂面上投影平面 的静水压强分布图。

（2） 铅垂分力： Pz=ρgV ,V---压力体体积.

在求铅垂分力 Pz时,要绘制压力体剖面图。压力体是由自由液面或其延长面,受压曲面

以及过曲面边缘的铅垂平面这三部分围成的体积。当压力体与受压面在曲面的同侧，

那么铅垂分力的方向向下；当压力体与受压面在曲面的两侧，则铅垂分力的方向向上.

（3） 合力方向：α=arctg P z

P x

第 2章 液体运动的流束理论

（一）液体运动的基本概念

1. 流线的特点:反映液体运动趋势的图线

流线的性质:流线不能相交；流线不能转折

在均匀流和渐变流过水断面上，压强分布满足： z+ p =c

ρ g

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2

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（二）液体运动基本方程

能量方程是应用最广泛的方程，能量方程中的最后一项 hw是单位重量液体从 1 断面流 到 2 断面的平均水头损失

（1） 能量方程应用条件：

恒定流，只有重力作用，不可压缩

渐变流断面，无流量和能量的出入

（2）能量方程应用注意事项:

三选：选择统一基准面便于计算

选典型点计算测压管水头: z+ p

选计算断面使未知量尽可能少  ρ g

（压强计算采用统一标准）

（3）能量方程的应用：

它经常与连续方程联解求：断面平均流速，管道压强，作用水头等。

文丘里流量计是利用能量方程确定管道流量的仪器。

毕托管则是利用能量方程确定明渠（水槽）流速的仪器。

β—动量修正系数，一般取β=1.0

式中：∑Fx、∑Fy、∑Fz是作用在控制体上所有外力沿各坐标轴分量的合力， V1i,V2i 是进口和出口断面上平均流速在各坐标轴上投影的分量。动量方程的应用条件与能量方程 相似，恒定流和计算断面应位于渐变流段。

动量方程应用注意事项：

a) 动量方程是矢量方程，要建立坐标系。（所建坐标系应使投影分量越多等于 0 为

好，这样可以简化计算过程。）

b)流速和力矢量的投影带正负号。（当投影分量与坐标方向一致为正，反之为负）

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c)流出动量减去流入动量。

d)正确分析作用在水体上的力，

一般有重力、压力和边界作用力(作用在水体上的力通常有重力、压力和边界作用力)

e)未知力的方向可以任意假设。（计算结果为正表示假设正确，否则假设方向与实际相 反）

通常动量方程需要与能量方程和连续方程联合求解。

第3章 流态与水头损失

水头损失以及与水头损失有关的液体的流态。

（一）水头损失的计算方法

1.总水头损失： hw=∑hf+∑hj

沿程水头损失：

2

2

从沿程水头损失的达西公式可以知道，要计算沿程水头损失，关键在于确定沿程水头损失 系数λ（闪动λ）。而λ值的确定与水流的流态和边界的粗糙程度密切相关。

（二）液体的两种流态和判别

4

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流态的判别的概化条件： Re＜Rek 层流；

Re＞Rek 紊流

判别水流流态的雷诺数是重要的无量纲数，它的物理意义表示惯性力与粘滞力的比 值。

3.圆管层流流动

(1)断面流速分布特点：抛物型分布，不均匀

4.紊流运动特性

紊流的特征—液层间质点混掺，运动要素的脉动

紊流内部存在附加切应力：

紊流边界有三种状态：

紊流中：当Re较小Δ ＜ 0.3 水力光滑

通过尼古拉兹实验研究发现紊流三个流区内的沿程水力摩擦系数的变化规律。

5. λ的变化规律 尼古拉兹实验 （人工粗糙管）

层流区： λ=f1(Re)= A

Re

紊流粗糙区也称为紊流阻力平方区，沿程水力摩擦系数λ与雷诺数无关，所以沿程水 头损失与流速成正比。与雷诺实验结果一致。

在实际水利工程中常用舍齐公式和曼宁公式计算流速或沿程水头损失，需要掌握。

6.谢齐公式与曼宁公式

谢齐公式：V=C RJ

『叁』 雷诺实验原理

雷诺揭示了重要的流体流动机理，即根据流速的大小,流体有两中不同的形

态。当流体流速较小时，流体质点只沿流动方向作一维的运动，与其周围的流体

间无宏观的混合即分层流动这种流动形态称层流或滞流。流体流速增大大某个值

后，流体质点除流动方向上的流动外，还向其它方向作随机的运动，即存在流体

质点的不规则的脉动，这种流体形态称湍流。

雷诺将一些影响流体流动形态的因素用 Re表示。

Re=ρ/μ

一般

Re<200 层流区

200<Re<400 过渡区

Re>400 湍流区

『肆』 化工原理雷诺实验中溢流装置是怎样的结构，它的作用是什么

七就是溢流装置。

提高进口前水体稳定度。

一般来说，每一个地区大学装置基本上都是不一样。

而且这个实验基本上没有成功性。