雷諾實驗
揭示流體有兩中不同形態的實驗
雷諾揭示了重要的流體流動機理，即根據流速的大小，流體有兩中不同的形態。反映了沿程阻力係數λ是與流態密切相關的參數，計算λ值必須首先確定水流的流態。大，粘滯力對質點的控制逐漸減弱，當流速達到一定程度時，各流層的液體形成渦體並能脫離原流層，液流質點即互相混雜，液流呈紊流運動。在層流中，有色液體與水互不混慘，呈直線運動狀態，在紊流中，有大小不等的渦體振蕩於各流層之間，有色液體與水混摻。A點為層流向紊流轉變的臨界點，A點所對應流速為上臨界流速，A點所對應的雷諾數為上臨界雷諾數。
1、觀察液體流動時的層流和紊流現象。區分兩種不同流態的特徵，搞清兩種流態產生的條件。分析圓管流態轉化的規律，加深對雷諾數的理解。
2、測定顏色水在管中的不同狀態下的雷諾數及沿程水頭損失。繪製沿程水頭損失和斷面平均流速的關係曲線，驗證不同流態下沿程水頭損失的規律是不同的。進一步掌握層流、紊流兩種流態的運動學特性與動力學特性。
這種從層流到紊流的運動狀態，反應了液流內部結構從量變到質變的一個變化過程。
液體運動的層流和紊流兩種型態，首先由英國物理學家雷諾進行了定性與定量的證實，並根據研究結果，提出液流型態可用下列無量綱數來判斷：
Re稱為雷諾數。液流型態開始變化時的雷諾數叫做臨界雷諾數。
2、在如圖所示的實驗設備圖中，取1-1，1-2兩斷面，由恆定總流的能量方程知：
因為管徑不變
所以，壓差計兩測壓管水面高差△h即為1-1和1-2兩斷面間的沿程水頭損失，用重量法或體積濁測出流量，並由實測的流量值求得斷面平均流速，作為lghf和lgv關係曲線，如下圖所示，曲線上EC段和BD段均可用直線關係式表示，由斜截式方程得：
為直線的斜率
式中：
實驗結果表明，說明沿程水頭損失與流速的一次方成正比例關係，為層流區。BD段為紊流區，沿程水頭損失與流速的次方成比例，即，其中AB段即為層流向紊流轉變的過渡區，BC段為紊流向層流轉變的過渡區，C段為紊流向層流轉變的臨界點，C點所對應流速為下臨界流速，C點所對應的雷諾數為下監界雷諾數。A點為層流向紊流轉變的臨界點，A點所對應流速為上臨界流速，A點所對應的雷諾數為上臨界雷諾數。
上圖是流態實驗裝置圖。它由能保持恆定水位的水箱，試驗管道及能注入有色液體的部分等組成。實驗時，只要微微開啟出水閥，並打開有色液體盒連接管上的小閥，色液即可流入圓管中，顯示出層流或紊流狀態。
自循環液體兩種流態演示實驗裝置圖
1、開啟電流開關向水箱充水，使水箱保持溢流。
2、微微開啟泄水閥及有色液體盒出水閥，使有色液體流入管中。調節泄水閥，使管中的有色液體呈一條直線，此時水流即為層流。此時用體積法測定管中過流量。
3、慢慢加大泄水閥開度，觀察有色液體的變化，在某一開度時，有色液體由直線變成波狀形。再用體積法測定管中過流量。
4、繼續逐漸開大泄水閥開度，使有色液體由波狀形變成微小渦體擴散到整個管內，此時管中即為紊流。並用體積法測定管中過流量。
5、以相反程序，即泄水閥開度從大逐漸關小，再觀察管中流態的變化現象。並用體積法測定管中過流量。
在雙對數紙上以V為橫坐標，hf為縱坐標，繪製曲線，並在曲線上找上臨界流速VK上，計算上臨界雷諾數REK上並定出兩段直線斜率m1，m2。
將從圖上求得的m值與各流區m理論值進行比較，並分析不同流態下沿程水頭損失的變化規律。
1、液體流態與哪些因素有關？為什麼外界干擾會影響液體流態的變化?
2、雷諾數的物理意義是什麼？為什麼雷諾數可以用來判別流態？
3．臨界雷諾數與哪些因素有關？為什麼上臨界雷諾數和下臨雷諾數不一樣？
4．流態判據為何採用無量綱參數，而不採用臨界流速？
5．分析層流和紊流在動力學特性和運動學特性方面各有何差異？
6．為何認為上臨界雷諾數無實際意義，而採用下臨界雷諾數作為層紊流的判據？本實驗中如在相同條件下（環境、溫度、儀器設備等）測出下臨界雷諾數與所測上臨界雷諾數有何異同？
基本信息
- 中文名
- 雷諾實驗
- 外文名
- Reynolds experiment
- 流速較小
- 層流或稱滯流
- 流速較大
- 湍流
- 提出者
- 雷諾(Reynold)
- 釋義
- 根據流速的大小，流體有兩種形態