雷诺实验指导

雷诺实验一、实验目的1、观察液体在圆管中流动时的层流和紊流现象，区分其流动特征及转换情况，加深对层流、紊流形态的感性认识和对雷诺数的理解。

2、测定颜色水在管中不同状态下的雷诺数Re二、实验原理液体的两种不同流态及其条件液体在管道中流动，当流速不同时，会呈现两种不同的流态：层流和紊流。

当流速较小时，管中液体质点以平行而互不混掺的方式作直线运动，这种流动形态称为层流；随着流速的增大，液体形成的直线逐渐变得颤动、弯曲，但仍能保持线状运动；流速继续增大，液体的流动开始变得没有固定的形态，液体质点互相混掺和碰撞，向四周扩散，使全管水流着色，这种流动形态成为紊流。

它们的区别在于：流动过程中液体层之间是否发生混掺现象。

圆管中恒定流动的流态转化取决于雷诺数：νVdR e =式中，V ——断面平均流速，m 3/sd ——圆管直径ν——液体的运动粘滞系数，m 2/s当Re ＜Re c （下临界雷诺数）时为层流状态，Re c =2300；当Re ＞'c Re （上临界雷诺数）时为紊流状态，Re c 在4000～12000之间。

三、实验步骤（1）认真阅读实验目的要求，实验原理和注意事项。

(2) 熟悉仪器，核对设备编号，记录管径，水温等有关常数。

(3) 打开供水开关，使水箱充水，待水箱溢流后，关闭阀门，检查测压管液面是否齐平，若不平则须进行排气调平（多开关几次排走气泡）。

（4）观察流动状态：将阀门微微打开，待水流稳定后，打开装有颜色水的容器开关，使颜色水注入水流。

当颜色水在试验圆管中呈现一条稳定的直线时，此时管内即为层流流态。

然后逐渐开大阀门，增大流量，这时颜色水开始颤动、弯曲，并逐渐扩散，当扩散至全管，水流紊乱到看不清流线时，这便是紊流状态。

（5）将阀门开至最大，然后逐步关小阀门，使管内流量逐步减少；每改变一次流量，均需等待2～3min ，待水流平稳后，测定每次的流量、水温和1，2两段面间的水头损失(即测压管读数之差)。

雷诺数实验指导书1、实验演示及实验设备2、实验规范1.每次实验必须按时到达。

对实验室内仪器设备应加以爱护，室内保持清洁。

实验前应了解实验仪器的功用及使用方法。

实验完毕，须将仪器整理后交还原处。

2.无故缺席一次者，本实验课程作不及格论，因故请假者须于实验前或后报告指导教师并请示补做办法，否则以无故缺席论。

3.实验前应到校教材科购买相关实验指导书并进行预习，了解相关实验内容、实验方法和实验步骤，未预习实验指导书之前不得参加实验。

4.实验期间应听从指导教师的指导，相互间通讯宜采用手势信号，切忌高声叫嚷，妨碍他人进行实验。

5.每组(项)实验人数以4~6人为宜，实验的各项工作有可能时应轮流担任，务使每人均能了解实验过程中的每一步骤。

6.实验记录数据应于实验结束后交给指导教师查阅，经指导教师认可后方可开始进行数据处理，如实验结果误差太大时，应详细检查原因，和指导教师商讨处理方法。

3、实验基础知识一、流体力学实验的重要意义水力学是研究液体(主要是水)的平衡和运动规律及其应用的科学，水力学是流体力学学科的重要组成部分。

由于液体流动的运动规律非常复杂，还不能完全由理论研究方法来解决所有实际问题，许多未知的流体运动规律还须通过实验研究来探索和发现;另外，理论研究得到的流体运动规律还应通过实验来加以验证和补充。

如果我们能用实验方法把自然现象在实验室内重复进行，观察其中的物理本质，再根据因次分析和相似理论得出其中的分析关系或曲线图表，就可把这些结果应用到工程实际中。

实验是理论和实践的初步结合，通过实验能增加我们的感性知识，帮助我们记忆和巩固所学到的理论知识，并培养我们从事科学实验的技能，因而在实验时应注意实验过程中出现的情况和它所运用到的理论，检验它是否和所学到的理论知识相符合。

二、水的基本物理性质1、水在4℃时的密度2、水的粘性系数随温度而变化，其动力粘性系数:(Pa·s)式中为温度t=0℃时的动力粘性系数(Pa·s)运动粘性系数ν=，它与温度的关系为:(㎝×㎝/s)ν0=0.01792(cm2/s)式中ν0为水在温度t=0℃时的运动粘性系数。

实验四 流动状态实验----雷诺实验一、实验目的1. 观察层流和紊流的流态及其转换特征;2. 通过临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则;3. 学习在流体力学中应用无量纲参数进行试验研究的方法，并了解其使用意义。

二、实验原理1、实际流体的流动会呈现出两种不同的型态：层流和紊流，它们的区别在于：流动过程中流体层之间是否发生混掺现象。

在紊流流动中存在随机变化的脉动量，而在层流流动中则没有，如图1所示。

2、圆管中恒定流动的流态转化取决于雷诺数。

雷诺根据大量实验资料，将影响流体流动状态的因素归纳成一个无因次数，称为雷诺数Re ，作为判别流体流动状态的准则Re dυγ=式中 υ——流体断面平均流速 , s cmd ——圆管直径 , cmγ——流体的运动粘度 , s cm 2在本实验中，流体是水。

水的运动粘度与温度的关系可用泊肃叶和斯托克斯提出的经验公式计算20.017810.03370.000221t tγ=++ 式中 γ——水在t C ︒时的运动粘度，cm 2；t ——水的温度，C ︒。

3、判别流体流动状态的关键因素是临界速度。

临界速度随流体的粘度、密度以及流道的尺寸不同而改变。

流体从层流到紊流的过渡时的速度称为上临界流速，从紊流到层流的过渡时的速度为下临界流速。

4、圆管中定常流动的流态发生转化时对应的雷诺数称为临界雷诺数，对应于上、下临界速度的雷诺数，称为上临界雷诺数和下临界雷诺数。

上临界雷诺数表示超过此雷诺数的流动必为紊流，它很不确定，跨越一个较大的取值范围。

而且极不稳定，只要稍有干扰，流态即发生变化。

上临界雷诺数常随实验环境、流动的起始状态不同有所不同。

因此，上临界雷诺数在工程技术中没有实用意义。

有实际意义的是下临界雷诺数，它表示低于此雷诺数的流动必为层流，有确定的取值。

通常均以它作为判别流动状态的准则，即Re < 2320 时，层流Re > 2320 时，紊流该值是圆形光滑管或近于光滑管的数值，工程实际中一般取Re = 2000。

雷诺系数一、实验目的1、观测水的层流和湍流的形态、特征和判别准则。

2、学习测量和计算流体的临界雷诺数和雷诺数。

二、实验原理雷诺实验揭示了粘性流体在流动过程中存在两种截然不同的流动状态：层流的湍流。

雷诺系数是判别两种流动状态的重要理论依据，它是流体惯性力和粘性力的比值，它是一个无固次化的量。

雷诺系数较小时，粘滞力对流场的影响大于惯性力，流动中流速的扰动会因粘滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺系数较大时，惯性力对流场的影响大于粘滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展，增强，形成湍流，不规则的湍流流场。

三、实验内容和步骤1、缓慢调节水流控制阀，观察透明水管中红色水流线的变化，观察水的层流态，湍流态的特征；（如图1所示）图13、找出层流和湍流的转换临界点，在临界点测流水的流速，往复测量三次（如图2），将实验数据记录于表1；图24、表1管径d=14.3mm运动粘度3、根据实验数据计算出水的临界雷诺系数；由连续方程vA=Q带入第一组数据有=0.249m/s带入第一组数据有=0.291m/s带入第一组数据有=0.291m/s平均雷诺系数为：Re=四、实验结论本次试验利用雷诺装置再现了测量雷诺系数的过程。

在实验中，我们观察红色水流线在流场中的状态，理解了层流和湍流的流动特征。

当水流流速增大时，红色水流线由稳定细小着色流束变到出现波纹最后完全掺杂到水流中。

经过对实验数据的处理，我们根据雷诺系数的方程计算出有层流变为湍流的临界雷诺系数Re=3933，此数据与理论值有所区别，由实验误差造成。

误差来源有实验设备本身的系统误差和测量量杯的误差以及读数的随机误差，另外接水时会有水量损失，误差最主要原因在于由层流变为湍流的临界点较难控制，并且此临界系数会随实验条件变化较大。

因此在实验误差允许的范围内，此实验所得的雷诺系数是合理的。

1、开启进水开关，向水箱内注水。

到达一定水位高度，并保持适当的溢流，使水箱内水位稳定（为
保证水的紊流度充分降低，该项工作应在实验之前24小时进行）。

在实验期间如出现水位变化时，应缓慢调节进水开关确保水箱内水位稳定
2、待管内空气排出后，松开颜色水开关使颜色水随玻璃管内主流一起流动。

此时可见管内水流
处于紊流状态。

3、缓慢关小放水开关，同时观察玻璃管内颜色水变动情况，直到颜色水变为一条稳定的直线，此
时即为紊流转变为层流的下临界状态。

用量杯和秒表测量此时的流量
4、开大放水开关，使玻璃管内水流变为紊流状态；重新缓慢关小放水开关，待玻璃管内颜色水变
为一条直线时，用量杯和秒表测量此时的流量
5、重复步骤4
6、实验完成后，关闭颜色水开关
7、微微开启调节阀9，并注入颜色水于管道内，使颜色水流成一条直线。

通过颜色水质点的运
动观察管内水流层流流态；然后逐步开大调节阀9，通过颜色水直线的变化观察水流从层流到紊流变化的水力特征；待管中出现完全紊流后再逐步关小调节阀，观察水流由紊流转变为层流的水力特征。

8、3、测定下临界雷诺数
9、
10、（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
实验色水在全管刚刚拉成一条直线状态时，即为下临界状态。

注意每调节一次阀门，均须等待稳定几分钟。

11、
12、（2）待管中出现临界状态时，用体积法测定流量。

13、
14、（3）重新开大调节阀，使管内流动形成完全紊流，按上述步骤重复测量6～7次。

实验数据记录
六、实验结果。

学号姓名实验一雷诺实验一、基本原理雷诺（Reynolds）用实验方法研究流体流动时，发现影响流动类型的因素除流速u外，尚有管径（或当量管径）d，流体的密度ρ及粘度μ，并且由此四个物理量组成的无因次数群Re=duρ/μ的值是判定流体流动类型的一个标准。

Re<2000~2300时为层流Re>4000时为湍流2000<Re<4000时为过渡区，在此区间可能为层流，也可能为湍流。

二、设备参数环境参数：温度 20℃压力 101325kPa水的参数：密度 998.2kg/m3 粘度 100.5E-5Pa*s设备参数：玻璃管径：20mm三、实验步骤●打开进水阀门在输入框输入0-100的数字，也可以通过点击上下按钮调节阀门开度。

按回车键完成输入，按ESC 键取消输入。

●打开红墨水阀●打开排水阀门●查看流量点击转子流量计查看当前流体流量●观察流体流动状态点击玻璃管，通过弹出的录像查看流体的流动状态●记录数据点击画面下方的自动记录按钮，记录实验数据，也可以手动记录。

●重复第三步到第六步，记录排水阀不同开度下的流量。

四、数据处理雷诺数计算公式Re=duρ/μ从这个定义式来看，对同一仪器d为定值，故u仅为流量的函数。

对于流体水来说，ρ，μ几乎仅为温度的函数。

因此确定了温度及流量，即可唯一的确定雷诺数。

数据记录：五、注意事项1、雷诺实验要求减少外界干扰，严格要求时应在有避免振动设施的房间内进行，由于条件不具备演示实验也可以在一般房间内进行，因为外界干扰及管子粗细不均匀等原因，层流的雷诺数上界到不了2300，只能到1600左右。

2、层流时红墨水成一线流下，不与水相混。

3、湍流时红墨水与水混旋，分不出界限。

雷诺演示实验实验报告实验报告：雷诺演示实验一、实验目的：1. 通过雷诺演示实验了解流体的层流和湍流的特性。

2. 观察不同雷诺数下流体流动的形态和性质。

3. 探究不同因素对流动状态的影响。

二、实验原理：雷诺数（Reynolds number）是描述流体流动的重要无量纲参数，定义为流体的惯性力与粘性力的比值。

雷诺数越大，流体就越容易产生湍流；雷诺数越小，流体流动更趋向于层流。

三、实验仪器和材料：1. 雷诺演示实验装置：包括流量调节阀、流量计、直管道、水槽等。

2. 水。

四、实验步骤：1. 打开水龙头，调节流量调节阀使水流经过流量计流入直管道。

2. 观察水流的形态和性质，记录水流的雷诺数。

3. 逐渐调节水流量，重复步骤2，记录不同流量下的雷诺数。

4. 改变直管道的直径，重复步骤2和3，记录不同直径下的雷诺数。

五、实验结果分析：在实验过程中，观察到不同雷诺数下流体的流动形态发生了变化。

当雷诺数较小时，流体流动趋向于层流，流线整齐、平行；当雷诺数增大时，流体流动趋向于湍流，出现涡流、乱流等现象。

实验中发现，当流量增加时，雷诺数也随之增加，流动状态从层流逐渐过渡到湍流。

这表明流体流动趋向于湍流与流量大小有关，流量增加会增大流体的惯性力，促使流体产生湍流。

另外，实验还发现，当直管道的直径减小时，雷诺数也随之减小，流动状态从湍流逐渐过渡到层流。

这说明直管道内部流体的速度变化较小，层流较为稳定。

通过实验结果分析，我们可以得出结论：1. 流体的流动趋向于湍流与流量的大小有关，流量增加会增大流体的惯性力，促使流体产生湍流。

2. 流体的流动趋向于层流与直管道内部的速度变化有关，直管道内部速度变化较小时，层流较为稳定。

六、实验总结：通过本次雷诺演示实验，我们深入了解到了流体的层流和湍流的特性以及雷诺数的概念和意义。

实验结果表明，雷诺数是描述流体流动状态的重要参数，在不同流量和直径条件下，流体流动的性质和形态会发生明显的变化。

实验一：雷诺实验实验学时：2 实验类型：验证实验要求：选修一、实验目的：1、 观察层流、紊流的流态；2、 测定临界雷诺数，掌握圆管流态的判断标准；3、 观察紊流形成的过程，理解紊流产生的机理；4、 观察的流态；5、观察流体在各种绕流运动中阻力的大小，分析流体流动的两种阻力形式。

二、 实验内容：1、 观察层流、紊流的流态；2、 测定临界雷诺数，掌握圆管流态的判断标准；3、 观察紊流形成的过程，理解紊流产生的机理；4、 理解流体绕流过程中的摩擦阻力与压差阻力的两种阻力形式。

三、实验原理1、雷诺数：反映惯性力与粘性力的比值。

vdR e υ=24dQ πυ=R e >4000为紊流 R e <2000为层流2000< R e <4000为层流与紊流过度区2、绕流阻力：为摩擦阻力与压差阻力之和。

2222ρυρυpp ff A C A C D +=式中：D —绕流阻力；C f —绕流摩擦阻力系数； A f —绕流摩擦阻力迎流面积； C p —绕流压差阻力系数； A p —绕流压差阻力迎流面积；υ—来流速度。

四、实验仪器与元件实验仪器：雷诺实验仪、壁挂式流动显示仪 仪器元件：自循环供水系统、颜色水箱、放水阀等 流体介质：水、颜色水 实验装置如图：雷 诺 数 实 验 台1． 箱及潜水泵 2.上水管 3. 溢流管 4. 电源 5.整流栅 6.溢流板 7.墨盒 8. 墨针 9.实验管 10. 调节阀 11. 接水箱 12. 量杯 13. 回水管 14实验桌 雷诺数γdV R e ⋅=，根据连续方程：A V=Q ，AQ V =五、实验方法与步骤实验方法与操作步骤如下：1、熟悉实验装置各部分功能，记录有关常数；2、观察两种流态。

打开电源开关4使水箱充水至溢流水位，经稳定后，微微开启调节阀10，并打开墨盒上的颜色水调节阀门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。

实验1：雷诺实验一、实验目的1. 观察流体流动的各种形态。

2. 测定流体流动形态与雷诺数的关系。

3. 观察层流时管道断面流速分布。

二、实验原理流体的流动状态分为层流和湍流。

雷诺数Re udρμ=是判断其状态的基本依据。

流动状态转变时的雷诺数值称为临界雷诺数。

通常，将湍流转变为层流的雷诺数为2300，而层流转变为湍流的雷诺数为4000。

因此，当Re<2300时，流动呈层流。

当Re>4000时，流动呈湍流。

当2300<Re<4000时，流动形态可能使层流，也可能使湍流。

但即使是层流，也是不稳定的，稍有振动即变为湍流，对于圆管有压流动，当Re<2300时为层流，当Re>2300-4000时流动状态逐渐转变为湍流。

平均流速u 由体积流量和有效截面面积求出，其中流量V s 用体积法测出，即在t 时间内流入计量水箱中流体的体积V ，则：体积流量：s V V t=；有效截面面积：24πd A =；平均流速：s V u A=式中：A —管路的横截面积； d —管路直径； u —流速；μ—水的动力粘度。

三、实验装置 见图2。

四、实验步骤1. 准备工作：将水箱充水至经隔板溢流流出，将进水阀门关小，继续向水箱供水，以保持水位高度H 不变。

2. 缓慢开启阀门11，使玻璃管中水稳定流动，并开启墨盒阀门，使红色水以微小流速在玻璃管内流动，呈层流状态。

3. 调节阀门11使流量增大，直至有色流束在管内开始波动，呈现波浪状，但不与周围水流相混。

4. 继续增大流量，有色流束抖动剧烈并向周围扩散，开始与周围水掺混在一起，整个管内水流质点杂论无章，呈现出湍流状态。

5. 调节使流量逐渐变小，观察上述步骤2-4的相反过程。

6. 关闭墨盒阀门，待管内水流清澈后关闭阀门11，然后开启一下墨盒阀门，注入少量有色水使管内水流局部被染色。

再缓慢开启阀门11，让管内为层流流动。

图2 雷诺实验装置图1.水箱及潜水泵2.上水管3. 溢流管4. 电源5.整流栅6.溢流板7.墨盒8. 墨针9. 实验管11. 调节阀12. 计量水箱13. 回水管14实验桌五、实验报告1.实验目的、实验原理。

雷诺实验实验报告姓名：史亮班级：9131011403学号：913101140327第4章 雷诺实验4.1 实验目的1) 观察层流、紊流的流态及流体由层流变紊流、紊流变层流时的水利特征。

2) 测定临界雷诺数，掌握园管流态判别准则。

3) 学习应用量纲分析法进行实验研究的方法，了解其实用意义。

4.2 实验装置雷诺实验装置见图4.1。

图4.1 雷诺实验装置图说明：本实验装置由供水水箱及恒压水箱、实验管道、有色水及水管、实验台、流量调节阀等组成，有色水经有色水管注入实验管道中心，随管道中流动的水一起流动，观察有色水线形态判别流态。

专用有色水可自行消色。

4.3 实验原理流体流动存在层流和紊流两种不同的流态，二者的阻力性质不相同。

当流量调节阀旋到一定位置后，实验管道内的水流以流速v 流动，观察有色水形态，如果有色水形态是稳定直线，则圆管内流态是层流，如果有色水完全散开，则圆管内流态是紊流。

而定量判别流体的流态可依据雷诺数的大小来判定。

经典雷诺实验得到的下临界值为2320，工程实际中可依据雷诺数是否小于2000来判定流动是否处于层流状态。

圆管流动雷诺数：e R KQ d Qvd vd ====νπνμρ4 （4.1） 式中：ρ──流体密度，kg/cm 3；v ──流体在管道中的平均流速，cm/s ；d ──管道内径，cm ； μ──动力粘度，Pa •s ；ν──运动粘度，ρμν=，cm 2/s ； Q ──流量，cm 3/s ；K ──常数，νπd K 4=，s/cm 3。

4.4 实验方法与步骤1) 记录及计算有关常数。

管径 d = 1.37 cm, 水温 t = 14.8 ℃ 水的运动粘度 ν=2000221.00337.0101775.0tt ++= 0.01147 cm 2/s 常数 νπd K 4== 81.03 s/cm 3 2) 观察两种流态。

滚动有色水塑料管上止水夹滚轮，使有色水流出，同时，打开水箱开关，使水箱充满水至溢流，待实验管道充满水后，反复开启流量调节阀，使管道内气泡排净后开始观察两种流态。

雷诺实验一、实验背景1883年，雷诺通过实验发现到液流中存在着层流和湍流两种流态：流速较小时，水流有条不紊的呈现层状有序的直线运动，流层间没有质点掺混，这种流态称为层流；当流速增大时，流体质点做杂乱无章的无序的运动，流层间质点掺混，这种流态称为湍流。

雷诺实验还发现存在着湍流转变为层流的临界流速0V ，而0V 又与流体的粘性，圆管的直径d 有关。

若要判别流态，就要确定各种情况下的0V 值。

雷诺运用量纲分析的原理，对这些相关因素的不同量值作出排列组合再分别进行实验研究，得出了无量纲数——雷诺数e R ，以此作为层流与紊流的判别依据，使复杂问题得以简化。

经反复测试，雷诺得出圆管流动的下临界雷诺数值为2320，工程上，一般取之为2000。

当e R <2320时，管中流态为层流，反之，则为湍流。

雷诺简介奥斯本 雷诺（Osborne Reynolds)，英国力学家、物理学家和工程师。

1842年8月23日生于北爱尔兰的贝尔法斯特，1912年2月21日卒于萨默塞特的沃切特。

1867年毕业于剑桥大学王后学院。

1868年出任曼彻斯特欧文学院（以后改名为维多利亚大学）的首席工程学教授，1877年当选为皇家学会会员，1888年获皇家勋章，1905年因健康原因退休。

他是一位杰出的实验科学家，由于欧文学院最初没有实验室，因此他的许多早期试验都是在家里进行的。

他于1883年发表了一篇经典性论文──《决定水流为直线或曲线运动的条件以及在平行水槽中的阻力定律的探讨》。

这篇文章以实验结果说明水流分为层流与紊流两种形态，并提出以无量纲数Re （后称为雷诺数）作为判别两种流态的标准。

他还于1886年提出轴承的润滑理论，1895年在湍流中引入有关应力的概念。

雷诺兴趣广泛，一生著述很多，其中近70篇论文都有很深远的影响。

这些论文研究的内容包括力学、热力学、电学、航空学、蒸汽机特性等。

他的成果曾汇编成《雷诺力学和物理学课题论文集》两卷。

一、实验目的1. 观察流体在管道中流动时的层流和湍流现象，区分两种不同流态的特征，了解两种流态产生的条件。

2. 测定临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则。

3. 学习古典流体力学中应用无量纲参数进行实验研究的方法，并了解其实用意义。

二、实验原理流体在管道中流动时，存在两种不同的流动状态：层流和湍流。

层流是指流体流动时，各层流体互不干扰，呈平行流动状态；湍流是指流体流动时，各层流体互相干扰，呈无规则流动状态。

雷诺数（Re）是判断流体流动状态的重要无量纲参数，其表达式为：Re = ρvd/μ其中，ρ为流体密度，v为流体平均流速，d为管道直径，μ为流体动力粘度。

当雷诺数较小时，流体呈层流状态；当雷诺数较大时，流体呈湍流状态。

临界雷诺数（Re_c）是层流和湍流状态的分界点，对于圆形管道，其表达式为：Re_c = 2000三、实验设备与材料1. 实验台2. 圆形管道3. 可调流速装置4. 水泵5. 水箱6. 液体颜色指示剂7. 计时器8. 测量尺四、实验步骤1. 准备实验设备，将圆形管道固定在实验台上。

2. 在水箱中注入适量的水，打开水泵，调节流速装置，使水流速度逐渐增大。

3. 在管道进口处加入液体颜色指示剂，观察颜色指示剂在管道中的流动状态。

4. 记录不同流速下颜色指示剂的流动状态，并测量管道直径、流体密度和动力粘度。

5. 计算不同流速下的雷诺数，观察雷诺数与流态的关系。

6. 重复步骤3-5，验证临界雷诺数。

五、实验结果与分析1. 实验过程中，观察到以下现象：（1）当流速较小时，颜色指示剂在管道中呈平行流动状态，流体呈层流状态。

（2）当流速逐渐增大时，颜色指示剂在管道中开始出现波纹，随后波纹逐渐增多，振幅增大，流体呈湍流状态。

（3）当流速达到临界雷诺数时，颜色指示剂在管道中呈无规则流动状态，流体呈湍流状态。

2. 计算不同流速下的雷诺数，发现随着流速增大，雷诺数逐渐增大。

当雷诺数达到临界雷诺数时，流体从层流状态转变为湍流状态。

实验一 雷诺实验一、实验目的1、增加对两种流态的感性认识．2、掌握测雷诺数的方法．二、实验原理实际流体在同一边界条件下流动时，由于速度不同，产生不同的流动形态－层流和紊流 当流速较小时，液体质点做有条不紊的线状运动，彼此互不混杂，称这种流动状态为层流． 当流速增加到某一定数值后，液体质点在沿管轴方向运动过程中，互相混掺，呈杂乱无章的运动称此流为紊流．运动的流体，受惯性力和粘滞力的作用，当惯性力占主导地位时，一般为紊流．当粘滞力占主导地位时，一般呈现层流．不同的流动类型，具有不同的阻力规律．在层流时水头损失∆P ／γ与平均流速V 成正比，而在紊流时∆P ／γ则于V n 成正比例，其中指数值n 在.１.７５～２.０之间． 判别液体流动型态的准则是被称之为雷诺数的无因次数R еν/Re Vd =式中：Re ――雷诺数（无因次数） V ――液体断面平均速度（m ／s ） d －－管径 (m)ν――液体的运动粘度系数（㎡／s ）当ν/Re Vd =≤2000时为层流, Re ＞2000为紊流。

由于ρμν/= 所以 μρ/Re Vd =.μ――液体的动力粘度系数，单位是Pa.•s,即（Ｎ•s ／㎡）三、实验设备１、雷诺实验装置１套；２、量筒１个；３、温度计１支；４、秒表１块．四、实验步骤１、试验前的准备工作关闭泄水阀门Ｄ，打开进水阀Ｃ，并调节到整个试验过程中都有溢流水从溢流板溢流而过，以保证水箱中有稳定的水头．２、试验前的观察将阀门Ａ微微开启，同时微开阀门Ｂ，使颜色水与清水同时从玻璃管中流过，调节到颜色水呈一条细线．此时即为层流状态，然后再将阀门Ａ逐渐开大，直至颜色水纹线破碎，并将清水完全掺混，此时为紊流状态．３、由层流到紊流的测试＜１＞调节阀门Ａ，使流动成为层流状态．注意颜色水纹线应达到清晰稳定．＜２＞逐渐地缓缓开启阀门Ａ．同时注意玻璃管中段颜色水纹线的变化．当颜色水纹线开始破碎，分散成许多细线（偶尔出现集中的颜色水线）时，即表示已达到紊流状态，即上临界状态，此时立即停止开启阀门Ａ的工作．＜３＞待水流稳定后，则可用量筒和秒表，应用体积法测定管内流量Ｑ．＜４＞测定水的温度，以便查表确定水的运动粘性系数ν值．＜５＞将（２）至（４）步重复做三次４、由紊流到层流的测试＜１＞先将管中水流调节到紊流状态．＜２＞逐渐地缓缓关闭阀门Ａ，同时注意玻璃管中段水流状态的变化，当开始出现一条颜色线时，即表示已达到层流状态或者说已达到了下临界状态，立即关掉阀门Ａ的工作，并观察颜色水线是否连续稳定．＜３＞待颜色水纹线连续而稳定后，仍用体积法测算管中的流量Ｑ．＜４＞测定水温．＜５＞将（２）至（４）步重复做三次五、实验注意事项1、调节阀门Ａ时必须缓慢进行，并且在调节过程中阀门只允许往一个方向进行，中间不可逆转．2、为了避免玻璃管出口和入口对水流状态的影响，观察应以中段为准．3、在整个试验过程中要特别注意保持安静，以防环境对试验的干扰．六、实验报告1、对所测数据进行处理，求上临界雷诺数与下临界雷诺数所测数据如下：数据处理：分析误差产生原因：七、实验体会实验二 局部阻力损失测试实验一、实验目的1、 测定管路突然扩大局部阻力系数值，并与理论公式ξ=（D 2/d 2-1）2的计算值比较2、 通过本实验掌握一般局部阻力系数的测定。

雷诺实验一、 实验目的1、 观察层流、紊流的流态及其相互转换的过程；2、 描述层流及紊流的水力特征。

二、 基本原理dvK KQ dvQ g vd ππρ44Re ====其中：Re ----- 雷诺数 V ------ 流速 D ------ 管径 ρ------ 密度g ------- 重力加速度 Q ------ 流量三、 实验装置实验主界面如下图所示：进入实验后首先要打开进水阀门。

在输入框输入0-100的数字，也可以通过点击上下按钮调节阀门开度。

按回车键完成输入，按ESC键取消输入。

循环水打开后，还应打开红墨水阀门。

然后再打开排水阀并察看流量。

点击玻璃管，通过弹出的录像查看流体的流动状态。

授权后可以点击画面下方的自动记录按钮，记录实验数据，也可以手动记录。

调节不同流量，多次记录排水阀不同开度下的流量。

五、数据处理打开画面左边的数据处理，授权后如果在实验过程中点击了自动记录，实验数据将被自动记录下来，也可以手动在表格中输入数据。

下面是未经计算的原始数据记录界面：对测量数据进行计算，授权后可以自动计算。

在实验报告部分，可以通过点击保存键对实验数据进行保存；可以通过点击加载键对实验数据进行加载；可以通过点击报表键，对实验数据进行打印。

在数据处理方面，可以通过整组删除键实现对一组数据的删除。

点击自动计算按钮，自动计算出雷诺数击流动类型。

下面是实验计算示例：如果在前面已经进行了计算，点击绘制曲线，将自动画出雷诺数与流量关系曲线。

柏努利方程仪实验一、实验目的：1、 通过实测静止和流动的流体中各项压头及相互转换验证流体静力学原理和柏努利方程。

2、 通过实测流速的变化和与之相适应的压头损失的变化确定两者之间的关系。

二、基本原理：流动的流体具有三种机械能：位能，动能和静压能，这三种能量可以相互转换。

在没有摩擦损失且不输入外功的情况下，流体在稳定流动中流过的各界面上的机械能总和是相等的。

在有摩擦而没有外功输入时，任意两截面间的机械能的差即为摩擦损失。

围环境的震动、以及水面风的吹皱均会对线型造成影响。

为防止上水时造成的液面波动，上水量不能太大，维持少量溢流即可。

3、红墨水流量太大，超过管内实际水流速度，容易造成红墨水的波动；太小，红墨水线不明显不易观测。

这需要教师的实际操作摸索。

4、在观察层流速度分布时，需预先将流量调节到层流，然后用手堵住出口，在喇叭口内注入大量红墨水，然后放开水流动，观测红墨水的形状；在观测湍流时的速度分布和层流底层现象时，需预先将流量调节到最大，方法同上。

三、实验原理雷诺数Re=duρ/μ，一般情况下Re<（2000~3000）时，流动形态为层流，Re>4000时流动形态为湍流。

]/[2.14360010000.51Re ]/[0.51001.0025.010004Re 44/14/1Re 3hr l q qq S m q qq d q d du d du -⨯=⨯⨯=-⨯=⋅⋅⋅⋅==⋅⋅==πμπρμπρπμρ针对本实验情况测出水流量q ，可计算出对应的Re 。

Re=2000时，管内水流量约为140l/h ； Re=4000时，管内水流量约为280l/h ；四、实验步骤1、开启上水阀至溢流槽出现溢流，为保证水面稳定，应维持少量溢流（溢流越小越好）。

2、缓和开启实验出口阀门。

开放气阀放出玻璃管内空气，调节红墨水阀（调解显示剂流速与管内水流速度一致）。

3、自小到大再自大到小调解流量，计算流型转变的临界雷诺数。

4、观察层流和湍流时速度分布侧形的差别。

5、观察湍流时壁面处的层流内层。

五、实验报告要求试说明对本实验的认识及对实验现象的理解。

六、实验注意事项1、在移动该装置时，注意平稳；虽然玻璃厚度较厚且经过钢化处理，但毕竟是玻璃，严禁磕碰。

2、长期不用时，应将水放净，并用湿软布轻擦拭玻璃箱，防止水垢等杂物粘在玻璃上；用布将上口盖住以免灰尘落入。

3、在冬季造成室内温度达到冰点时，水箱内严禁存水。

七、思考题1、影响流动形态的因素有哪些？2、流体的流动类型与雷诺数的值有什么关系？3、层流和湍流流动的本质区别是什么?4、雷诺数的物理意义是什么?5、实验过程中，哪些因素对实验结果有影响?6、有人说可以只用流速来判断管中流动形态，流速低于某一具体数值时是层流，否则是湍流，你认为这种看法对否?在什么条件下，可以只由流速的数值来判断流动形态?。

实验一 雷诺实验一、实验目的1、观察液体流动时的层流和紊流现象。

区分两种不同流态的特征，搞清两种流态产生的条件。

分析圆管流态转化的规律，加深对雷诺数的理解。

2、测定管中的不同状态下的雷诺数及沿程水头损失。

绘制沿程水头损失和断面平均流速的关系曲线，验证不同流态下沿程水头损失的规律是不同的。

进一步掌握层流、紊流两种流态的运动学特性与动力学特性。

二、实验原理1、液体在运动时，存在着两种根本不同的流动状态。

当液体流速较小时，惯性力较小，粘滞力对质点起控制作用，使各流层的液体质点互不混杂，液流呈层流运动。

当液体流速逐渐增大，质点惯性力也逐渐增大，粘滞力对质点的控制逐渐减弱，当流速达到一定程度时，各流层的液体形成涡体并能脱离原流层，液流质点即互相混杂，液流呈紊流运动。

这种从层流到紊流的运动状态，反应了液流内部结构从量变到质变的一个变化过程。

液体运动的层流和紊流两种型态，首先由英国物理学家雷诺进行了定性与定量的证实，并根据研究结果，提出液流型态可用下列无量纲数来判断：Re=Vd/νRe在雷诺实验装置中，通过有色液体的质点运动，可以将两种流态的根本区别清晰地反映出来。

在层流中，有色液体与水互不混惨，呈直线运动状态，在紊流中，有大小不等的涡体振荡于各流层之间，有色液体与水混掺。

2、在如图所示的实验设备图中，取1-1，1-2两断面，由恒定总流的能量方程知：f 2222221111h g2V a p z g 2V a p z ++γ+=+γ+因为管径不变V 1=V 2 ∴=γ+-γ+=)pz ()p z (h 2211f △h 所以，压差计两测压管水面高差△h 即为1-1和1-2两断面间的沿程水头损失，用重量法或体积法测出流量，并由实测的流量值求得断面平均流速AQV =，作为lgh f 和lgv 关系曲线，如下图所示，曲线上EC 段和BD 段均可用直线关系式表示，由斜截式方程得：lgh f =lgk+mlgv lgh f =lgkv m h f =kv m m 为直线的斜率式中：12ff v lg v lgh lg h lg tg m 12--=θ=实验结果表明EC=1，θ=45°，说明沿程水头损失与流速的一次方成正比例关系，为层流区。

流体流型演示实验一、实验目的1.观察流体在管内流动的不同流型。

2.测定下临界雷诺数Rec 。

二、基本原理流体流动有三种不同型态, 即层流（或称滞流, Laminar flow ）、过渡流（Transitional flow ）和湍流（或称紊流, Turbulent flow ）。

这一现象最早是由雷诺（Reynolds ）于1883年发现的。

流体作层流流动时, 流体质点作平行于管轴的直线运动, 且在径向无脉动；流体作湍流流动时, 流体质点除沿管轴方向作向前运动外, 还在径向作脉动, 从而在宏观上显示出紊乱地向各个方向作不规则的运动；过渡流是介于上述两者之间的一种不稳定流动型态。

流体流动型态可用雷诺准数（Re ）来定量判断。

雷诺准数是一个由各影响变量组合而成的无因次数群（因次分析法获得）, 故其值不会因采用不同的单位制而不同。

但应当注意, 数群中各物理量必须采用同一单位制。

若流体在圆管内流动, 则雷诺准数可用下式表示：μρdu =Re （1）式中: Re —雷诺准数, 无因次；d —管子内径, m ； u —流体在管内的平均流速, m ／s ；—流体密度, kg ／m3；μ—流体粘度, Pa ·s 。

流体流动形态转变时的雷诺数称为临界雷诺数。

工程上一般认为, 流体在直圆管内流动时, 当Re≤2000（下临界雷诺数, 用Rec表示）时为层流；当Re>4000（上临界雷诺数）时为湍流；当Re在2000至4000范围内, 流动处于过渡流状态, 可能是层流, 也可能是湍流, 或者是二者交替出现, 要视外界情况而定, 一般称这一雷诺数范围为过渡区。

式（1）表明, 对于一定温度的流体, 在特定的圆管内流动, 雷诺准数仅与流体流速有关。

本实验即是通过改变流体在管内的速度, 观察在不同雷诺准数下流体的流动型态。

三、实验装置及流程实验装置如图1所示。

主要由玻璃实验导管、流量计、流量调节阀、低位水槽、循环水泵、稳压溢流水槽等部分组成, 演示主管路为mm硬质玻璃。

实验一流动演示实验（一）雷诺实验一、实验目的１、观察流体在管内流动的不同流态。

２、层流和湍流的判别。

二、实验原理流体流动有两种不同流态，即层流和湍流。

流体作层流流动时，其流体质点作平行于管轴的直线运动，喘流时流体质点在沿管轴流动的同时还做着杂乱无章的随机运动。

雷诺数是判断流动型态的特征数。

若流体在圆管内流动，雷诺数可用下式表示Re =μρ⋅⋅ud式中：d ——管内径，m;u ——流速, m∕s，ρ——流体密度, k g∕m³，μ——流体黏度，Pa•s。

一般，Re < 2000时，流动型态为层流；Re > 4000时，流动为喘流。

在两者之间时，有时为层流，有时为喘流，流动型态与环境有关。

对于一定温度下的流体，在特定的圆管内流动时，雷诺数仅与流速有关。

本实验通过改变水在管内的流速，观察流体在管内流动型态的变化。

三、实验装置实验装置见图１-1。

图中4为高位槽，实验时水由此高位槽进入玻璃管5。

槽内设有溢流槽3，用以维持平稳、恒定的液面。

实验时打开流量控制阀7，水即由高位槽进入观察用的玻璃管5中，着色水由高位玻璃瓶1经阀9调节流量，通过针形孔进入玻璃管5中心处。

调节阀门7和阀门9，改变流体流速，可以在玻璃管5内观察到不同的流动形态。

流量很小，流体处于层流时，着色水的流动呈一条直线；随着水流量的逐渐加大，着色水由直线开始抖动，继而着色水被扰动成波状前进；随着水流量的继续加大，着色细线变为螺旋前进，再增大流量则出现断裂、旋涡、混合，最后完全与水流主体混在一起，整个水都染上了颜色。

四、实验内容和主要实验步骤１、打开进水阀，向高位槽4送水，使高位槽内的水成溢流状态，以保持高位槽内液位恒定。

２、关闭水流量控制阀7，打开着色水流量控制阀9，观擦着色此时在玻璃管中的状态。

当着色水流出5cm左右后，缓慢打开水流量控制阀7，使水流量尽可能的小，观察层流时流速分布曲线的性状及层流时着色水的流动情况。

３、待玻璃管内的层流流动稳定后，缓慢调节流量控制阀7, 逐渐增大水的流量，观察着色水的流动有何变化，并测定流量，计算不同流动型态时的雷诺数。