雷諾實(shí)驗(yàn)裝置指導(dǎo)書(shū)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?nbsp;
觀察流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的兩種不同型態(tài)。
觀察層流狀態(tài)下管路中流體速度分布狀態(tài)。
測(cè)定流動(dòng)形態(tài)與雷諾數(shù)Re之間的關(guān)系及臨界雷諾數(shù)值。
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 
根據(jù)測(cè)定參數(shù)計(jì)算Re并判斷流體流動(dòng)的流型；
確定臨界雷諾值 
 
實(shí)驗(yàn)原理
概述 
在實(shí)際化工生產(chǎn)中，許多過(guò)程都涉及到流體流動(dòng)的內(nèi)部細(xì)節(jié)，尤其是流體的流動(dòng)現(xiàn)象。故而了解流體的流動(dòng)形態(tài)極其重要。本實(shí)驗(yàn)裝置便于觀察，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單能使學(xué)生對(duì)流體流動(dòng)的兩種形態(tài)有更好的認(rèn)識(shí)。
 
實(shí)驗(yàn)原理 
流體在管道中流動(dòng)，有兩種不同的流動(dòng)狀態(tài)，其阻力性質(zhì)也不同。在實(shí)驗(yàn)過(guò)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(mén)開(kāi)啟較小，在管路中就有穩(wěn)定的平均流速v，這時(shí)候如果微啟顏色水盒閥門(mén)，帶色水就會(huì)與無(wú)色水在管路中沿軸線(xiàn)同步向前流動(dòng)，帶色水呈一條帶色直線(xiàn)，其流動(dòng)質(zhì)點(diǎn)沒(méi)有垂直于主流方向的橫向運(yùn)動(dòng)，帶色水線(xiàn)沒(méi)有與周?chē)囊后w混雜，層次分明的在管路中流動(dòng)。此時(shí)，在速度較小而粘性較大和慣性力較小的情況下運(yùn)動(dòng)，為層流運(yùn)動(dòng)。如果將尾部閥門(mén)逐漸開(kāi)大，管路中的帶色直線(xiàn)出現(xiàn)脈動(dòng)，流體質(zhì)點(diǎn)還沒(méi)有出現(xiàn)相互交換的現(xiàn)象，流體的流動(dòng)呈臨界狀態(tài)。如果將尾部閥門(mén)繼續(xù)開(kāi)大，出現(xiàn)流動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的橫向脈動(dòng)，使色線(xiàn)完全擴(kuò)散與無(wú)色水混合，此時(shí)流體的流動(dòng)狀態(tài)為紊流運(yùn)動(dòng)。
由于雷諾數(shù)：                    
    式中：d ─管徑（m）
          v－流體流速（m/s）
           －流體的運(yùn)動(dòng)粘度（m ²/s） 
根據(jù)連續(xù)方程：A·v= Q
式中：A－管路的橫截面積（m ²）
          Q ─ 流 量 （m³/s）   
實(shí)驗(yàn)時(shí)我們測(cè)出在Δt時(shí)間內(nèi)流入計(jì)量水箱中流體的體積ΔV，然后據(jù)公式:流量，就可根據(jù)流量值計(jì)算出流體的流速，進(jìn)而得出流體在不同流態(tài)時(shí)的雷諾數(shù)。  

雷諾準(zhǔn)數(shù)是判斷流體流動(dòng)類(lèi)型的準(zhǔn)數(shù)，一般認(rèn)為，Re≤2000為層流；Re≥4000為湍流；2000＜Re＜4000為不穩(wěn)定的過(guò)渡區(qū)。
對(duì)于一定溫度的液體，在特定的圓管內(nèi)流動(dòng)，雷諾準(zhǔn)數(shù)僅與流速有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)是以水為介質(zhì)，改變水在圓管內(nèi)的流速，觀察在不同雷諾準(zhǔn)數(shù)下流體流動(dòng)類(lèi)型的變化。
 
實(shí)驗(yàn)裝置流程圖

1 試劑盒  2 試劑調(diào)節(jié)閥  3 高位水槽  4 雷諾管  5 水量調(diào)節(jié)閥  6 計(jì)量水箱  7 進(jìn)水閥  8、9 排水閥
圖1-1  雷諾實(shí)驗(yàn)流程圖
操作步驟 
1、啟動(dòng)水泵，向穩(wěn)壓水箱注水。調(diào)節(jié)進(jìn)水閥門(mén)和尾部閥門(mén)，使水箱的水位達(dá)到溢流，并始終保持很微小的溢流。使實(shí)驗(yàn)管中的水流保持穩(wěn)定而較小的流速。
2、將普通鋼筆水倒進(jìn)顏色水盒。開(kāi)啟下部小閥門(mén)，使顏色水從細(xì)管中流出，此時(shí)，可看到實(shí)驗(yàn)管中的顏色水細(xì)流與管中的水流同步在直管中沿軸線(xiàn)向前流動(dòng)，色液呈現(xiàn)一條細(xì)直流線(xiàn)，這說(shuō)明在此流態(tài)下，流體的質(zhì)點(diǎn)沒(méi)有垂直于主流的橫向運(yùn)動(dòng)，顏色水沒(méi)有與周?chē)囊后w混雜，而是層次分明的向前流動(dòng)。此時(shí)的流體即為層流。（若看不到這種現(xiàn)象，可再仔細(xì)調(diào)節(jié)上水閥門(mén)和尾部閥門(mén)，直到看到有色直線(xiàn)為止）
3、逐漸緩慢開(kāi)大上水閥門(mén)和尾部閥門(mén)，可以觀察到有色色線(xiàn)開(kāi)始出現(xiàn)脈動(dòng)，但流體質(zhì)點(diǎn)還沒(méi)有達(dá)到相互交換的程度，此時(shí)，即象征為流體流動(dòng)狀態(tài)開(kāi)始轉(zhuǎn)換的臨界狀態(tài)（上臨界點(diǎn)），此時(shí)的流速即為上臨界流速。
4、繼續(xù)開(kāi)大閥門(mén)，即會(huì)出現(xiàn)流體質(zhì)點(diǎn)的橫向脈動(dòng)，繼而色線(xiàn)會(huì)被全部擴(kuò)散與水混合，此時(shí)的流態(tài)即為紊流。此后，如果把閥門(mén)逐漸關(guān)小，關(guān)小到一定開(kāi)度時(shí)，又可以觀察到流體的流態(tài)從紊流轉(zhuǎn)變到層流的臨界狀態(tài)（下臨界點(diǎn)）。繼續(xù)關(guān)小閥門(mén)，實(shí)驗(yàn)管中會(huì)再次出現(xiàn)細(xì)直色線(xiàn)，流體流態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鳌?br /> 5、在上述各種流態(tài)下，用數(shù)字型計(jì)量水箱測(cè)量出水流的體積流量并測(cè)記流體的溫度。
6、將測(cè)試結(jié)果記入實(shí)驗(yàn)記錄表中。計(jì)算臨界雷諾數(shù)Re_k
 
注意事項(xiàng) 
1、在測(cè)定層流現(xiàn)象時(shí)，指示液的流速必須小于或等于觀察管內(nèi)的流速。若大于觀察管內(nèi)的流速則無(wú)法看到一條直線(xiàn)，而是和湍流一樣的渾濁現(xiàn)象。 
2、注意在實(shí)驗(yàn)臺(tái)周?chē)坏糜型饧拥母蓴_。實(shí)驗(yàn)者調(diào)節(jié)好后手應(yīng)該不接觸設(shè)備，避免實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的不正常。
 
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理
基本數(shù)據(jù) 
水的黏度：           Pa·s；        水的密度：          kg/m³；
水的溫度：           ℃；           實(shí)驗(yàn)管內(nèi)徑：           m。
 
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

次數(shù)	V （m3）	t （s）	Q （m3/s）	臨界流速VK （m/s）	臨界雷諾數(shù) Re	附   注
1						實(shí)驗(yàn)管內(nèi)徑 d=0.014m 水溫： ℃
2
3
平均雷諾數(shù)Re=

 
實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容
 將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)整理結(jié)果列在表格中。
 
八、設(shè)備主要配置及技術(shù)參數(shù)  
實(shí)驗(yàn)裝置主要是由水箱、實(shí)驗(yàn)管、試劑盒、PPR管路、閥門(mén)和不銹鋼臺(tái)架等組成。
實(shí)驗(yàn)管：內(nèi)徑16mm、長(zhǎng)1200mm的透明有機(jī)玻璃管，便于學(xué)生觀察玻璃管內(nèi)詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)及現(xiàn)象。本實(shí)驗(yàn)主要是通過(guò)調(diào)節(jié)水量控制閥來(lái)改變流體流經(jīng)管的流速并觀察指示液隨流速改變的流動(dòng)形態(tài)。 
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(guò)指示液控制閥由尖嘴流入實(shí)驗(yàn)管中。
4、實(shí)驗(yàn)水箱：透明有機(jī)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(nèi)的水維持溢流穩(wěn)定狀態(tài)。出水口是為了方便清洗水槽。
5、蓄水箱：硬質(zhì)PVC材質(zhì)，外形尺寸：480X420X400，容積大于50L。 
6、計(jì)量水箱：透明有機(jī)玻璃材質(zhì)，外形尺寸：300X200X220，有效計(jì)量容積大于8L。
7、實(shí)驗(yàn)所用流體為水，框架為不銹鋼材質(zhì)，結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀，裝置流程簡(jiǎn)單，操作方便。
8、 潛水泵：AP3500型，電壓220-240V,50Hz，60W，揚(yáng)程2.3m，流量2000L/h。
9、外形尺寸：1600×450×1500。