雷諾實驗裝置指導書

實驗目的 
觀察流體在管內流動時的兩種不同型態。
觀察層流狀態下管路中流體速度分布狀態。
測定流動形態與雷諾數Re之間的關系及臨界雷諾數值。
實驗內容 
根據測定參數計算Re并判斷流體流動的流型；
確定臨界雷諾值 
 
實驗原理
概述 
在實際化工生產中，許多過程都涉及到流體流動的內部細節，尤其是流體的流動現象。故而了解流體的流動形態極其重要。本實驗裝置便于觀察，結構簡單能使學生對流體流動的兩種形態有更好的認識。
 
實驗原理 
流體在管道中流動，有兩種不同的流動狀態，其阻力性質也不同。在實驗過程中，保持水箱中的水位恒定，即水頭H不變。如果管路尾部閥門開啟較小，在管路中就有穩定的平均流速v，這時候如果微啟顏色水盒閥門，帶色水就會與無色水在管路中沿軸線同步向前流動，帶色水呈一條帶色直線，其流動質點沒有垂直于主流方向的橫向運動，帶色水線沒有與周圍的液體混雜，層次分明的在管路中流動。此時，在速度較小而粘性較大和慣性力較小的情況下運動，為層流運動。如果將尾部閥門逐漸開大，管路中的帶色直線出現脈動，流體質點還沒有出現相互交換的現象，流體的流動呈臨界狀態。如果將尾部閥門繼續開大，出現流動質點的橫向脈動，使色線完全擴散與無色水混合，此時流體的流動狀態為紊流運動。
由于雷諾數：                    
    式中：d ─管徑（m）
          v－流體流速（m/s）
           －流體的運動粘度（m ²/s） 
根據連續方程：A·v= Q
式中：A－管路的橫截面積（m ²）
          Q ─ 流 量 （m³/s）   
實驗時我們測出在Δt時間內流入計量水箱中流體的體積ΔV，然后據公式:流量，就可根據流量值計算出流體的流速，進而得出流體在不同流態時的雷諾數。  

雷諾準數是判斷流體流動類型的準數，一般認為，Re≤2000為層流；Re≥4000為湍流；2000＜Re＜4000為不穩定的過渡區。
對于一定溫度的液體，在特定的圓管內流動，雷諾準數僅與流速有關。本實驗是以水為介質，改變水在圓管內的流速，觀察在不同雷諾準數下流體流動類型的變化。
 
實驗裝置流程圖

1 試劑盒  2 試劑調節閥  3 高位水槽  4 雷諾管  5 水量調節閥  6 計量水箱  7 進水閥  8、9 排水閥
圖1-1  雷諾實驗流程圖
操作步驟 
1、啟動水泵，向穩壓水箱注水。調節進水閥門和尾部閥門，使水箱的水位達到溢流，并始終保持很微小的溢流。使實驗管中的水流保持穩定而較小的流速。
2、將普通鋼筆水倒進顏色水盒。開啟下部小閥門，使顏色水從細管中流出，此時，可看到實驗管中的顏色水細流與管中的水流同步在直管中沿軸線向前流動，色液呈現一條細直流線，這說明在此流態下，流體的質點沒有垂直于主流的橫向運動，顏色水沒有與周圍的液體混雜，而是層次分明的向前流動。此時的流體即為層流。（若看不到這種現象，可再仔細調節上水閥門和尾部閥門，直到看到有色直線為止）
3、逐漸緩慢開大上水閥門和尾部閥門，可以觀察到有色色線開始出現脈動，但流體質點還沒有達到相互交換的程度，此時，即象征為流體流動狀態開始轉換的臨界狀態（上臨界點），此時的流速即為上臨界流速。
4、繼續開大閥門，即會出現流體質點的橫向脈動，繼而色線會被全部擴散與水混合，此時的流態即為紊流。此后，如果把閥門逐漸關小，關小到一定開度時，又可以觀察到流體的流態從紊流轉變到層流的臨界狀態（下臨界點）。繼續關小閥門，實驗管中會再次出現細直色線，流體流態轉變為層流。
5、在上述各種流態下，用數字型計量水箱測量出水流的體積流量并測記流體的溫度。
6、將測試結果記入實驗記錄表中。計算臨界雷諾數Re_k
 
注意事項 
1、在測定層流現象時，指示液的流速必須小于或等于觀察管內的流速。若大于觀察管內的流速則無法看到一條直線，而是和湍流一樣的渾濁現象。 
2、注意在實驗臺周圍不得有外加的干擾。實驗者調節好后手應該不接觸設備，避免實驗現象的不正常。
 
實驗數據處理
基本數據 
水的黏度：           Pa·s；        水的密度：          kg/m³；
水的溫度：           ℃；           實驗管內徑：           m。
 
實驗數據記錄

次數	V （m3）	t （s）	Q （m3/s）	臨界流速VK （m/s）	臨界雷諾數 Re	附   注
1						實驗管內徑 d=0.014m 水溫： ℃
2
3
平均雷諾數Re=

 
實驗報告內容
 將實驗數據和數據整理結果列在表格中。
 
八、設備主要配置及技術參數  
實驗裝置主要是由水箱、實驗管、試劑盒、PPR管路、閥門和不銹鋼臺架等組成。
實驗管：內徑16mm、長1200mm的透明有機玻璃管，便于學生觀察玻璃管內詳細的實驗經過及現象。本實驗主要是通過調節水量控制閥來改變流體流經管的流速并觀察指示液隨流速改變的流動形態。 
試劑盒：容積大于300ml。指示液為紅墨水或其它顏色鮮艷的液體。通過指示液控制閥由尖嘴流入實驗管中。
4、實驗水箱：透明有機玻璃，外形尺寸：300X380X550，有效容積大于35L。溢流口是為了保證水槽內的水維持溢流穩定狀態。出水口是為了方便清洗水槽。
5、蓄水箱：硬質PVC材質，外形尺寸：480X420X400，容積大于50L。 
6、計量水箱：透明有機玻璃材質，外形尺寸：300X200X220，有效計量容積大于8L。
7、實驗所用流體為水，框架為不銹鋼材質，結構緊湊，外形美觀，裝置流程簡單，操作方便。
8、 潛水泵：AP3500型，電壓220-240V,50Hz，60W，揚程2.3m，流量2000L/h。
9、外形尺寸：1600×450×1500。