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1、实验一 流体流动型态及临界雷诺数的测定一、实验目的研究流体流动的型态，对于化学工程的理论和工程实践都具有重要意义。1883年雷诺 (Reynolds) 首先在实验装置中观察到实际流体的流动存在两种不同型态层流和湍流，以及两种不同型态的转变过程。本实验的目的， 是通过雷诺实验装置，观察流体流动过程的不同流型及其转变过程，测定流型转变时的临界雷诺数。二、实验原理经许多实验研究者证明：流体流动存在两种截然不同的形态，主要决定因素为流体的密度和粘度，流体流动的速度、以及设备的几何尺寸(在圆形导管中为导管直径)。将这些因素整理归纳为一个无因次数群，称该无因次数群为雷诺准数(或雷诺数 )，即Re=d u/
2、式中d导管直径，m；流体密度，kg/m3；流体粘度，Pa s；u流体流速，m/s。经大量实验测得：当雷诺准数小于某一下临界值时，流体流动形态恒为层流；当雷诺数大于某一上临界值时，流体流动形态恒为湍流。在上临界值与下临界值之间，为不稳定的过渡区域。对于圆形导管，下临界雷诺数为2000，上临界雷诺数为4000。一般情况下，上临界雷诺数为4000 时，即可形成湍流。应当指出， 层流与湍流之间并非是突然的转变，而是两者之间相隔一个不稳定的过渡区域。因此，临界雷诺数测定值和流型的转变，在一定程度上受一些不稳定的其他因素影响。三、实验装置雷诺实验装置主要由稳压溢流水槽、实验导管和转子流量计等部分组成，如图
3、11所示。 自来水不断注入并充满稳压溢流水槽。稳压溢流水槽的水流经实验导管和流量计，最后排入下水道。稳压溢流水槽的溢流水，也直接排人下水道。水流量由调节阀控制。12V064V 01V03V-4V-33V04溢流V 05V-5V02图 1 雷诺实验装置及流程1示踪剂瓶； 2稳压溢流水槽；3实验导管； 4转子流量计；V 01示踪剂调节阀；V 02上水调节阀；V 03水流量调节阀；V 04, V05泄水阀； V 06放气阀四、实验方法1实验前准备工作（ 1）实验前，先用自来水充满稳压溢流水槽。将适量示踪剂（如红墨水）加入储瓶内备用，并排尽储瓶与针头之间管路内的空气。（ 2）实验前，先对转子流量计进行
4、标定，作好流量标定曲线。（ 3）用温度计测定水温。2实验操作步骤（ 1）开启自来水阀门，保持稳压溢流水槽有一定的溢流量，以保证实验时具有稳定的压头。（ 2）用放气阀放去流量计内的空气，再少许开启转子流量计后的调节阀。将流量调至最小值， 以便观察稳定的层流流型。 然后精细地调节示踪剂管路阀， 使示踪剂（红2墨水） 的注水流速与实验导管内主体流体的流速相近一般略低于主体流体的流速为宜。精心调节至能观察到一条平直的红色细流为止。（ 3）缓慢地逐渐增大调节阀的开度，使水通过实验导管的流速平稳地增大，直至实验导管内直线流动的红色细流开始发生波动时， 记下水的流量和温度， 以供计算下临界雷诺数据。（ 4）
5、继续缓慢地增加调节阀开度，使水流量平稳地增加。这时导管内流体的流型逐渐由层流向湍流过渡。当流量增大到某一数值后，示踪剂（红墨水）一进入实验导管，立即被分散呈雾状，这时表明流体的流型已进入湍流区域。记下水的流量和温度数据以供计算上临界雷诺数。这样的实验操作需反复进行数次（至少5 6 次）以便取得较为准确的实验数据。3实验操作注意事项（ 1）本实验示踪剂采用红墨水，它由红墨水储瓶，经连接软管和注射针头，注入实验导管。应当注意适当调节注射针头的位置，使针头位于管轴线上为佳，红墨水的注射速度应与主体流体流速相近（略低一些为宜） 。因此随着水流速的增大需相应地细心调节红墨水注射流量，才能得到较好的实验效
6、果。（ 2）在实验过程中，应随时注意稳压槽的溢流水量，随着操作流量的变化，相应调节自来水给水量，防止稳压槽内液面下降或泛滥事故的发生。（ 3）在整个实验过程中，切勿碰撞设备，操作时也要轻巧缓慢以免干扰流体流动过程的稳定性。实验过程有一定滞后现象，因此，调节流星过程切勿操之过急，状态确实稳定之后再继续调节或记录数据。五、实验结果整理（ 1）实验设备基本参考数据：实验导管内径：d=22mm 。（ 2）实验数据记录及整理实验序号1234567流量 Qv/ho温度C流动形态3实验数据整理实流量 Qv温度 T粘度密度流速 u临界雷诺数验m3/soCPa skg/m 3m/sRe实验现象序123456及流型号1234567结论 ：上临界雷诺数=下临界雷诺数=4
