雷諾實(shí)驗(yàn)裝置指導(dǎo)書

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雷諾實(shí)驗(yàn)裝置指導(dǎo)書

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主頁 > 技術(shù)文章 > 雷諾實(shí)驗(yàn)裝置指導(dǎo)書 2024-09-02

一、雷諾實(shí)驗(yàn)裝置指導(dǎo)書-概述
在實(shí)際化工生產(chǎn)中，許多過程都涉及到流體流動的內(nèi)部細(xì)節(jié)，尤其是流體的流動現(xiàn)象。故而了解流體的流動形態(tài)極其重要。本實(shí)驗(yàn)裝置便于觀察，結(jié)構(gòu)簡單能使學(xué)生對流體流動的兩種形態(tài)有更好的認(rèn)識。
二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?nbsp;
觀察流體在管內(nèi)流動時的兩種不同型態(tài)。
觀察層流狀態(tài)下管路中流體速度分布狀態(tài)。
測定流動形態(tài)與雷諾數(shù)Re之間的關(guān)系及臨界雷諾數(shù)值。
三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
根據(jù)測定參數(shù)計(jì)算Re并判斷流體流動的流型；
確定臨界雷諾值
四、實(shí)驗(yàn)原理
流體在管道中流動，有兩種不同的流動狀態(tài)，其阻力性質(zhì)也不同。在實(shí)驗(yàn)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(wěn)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(zhì)點(diǎn)沒有垂直于主流方向的橫向運(yùn)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(yùn)動，為層流運(yùn)動。如果將尾部閥門逐漸開大，管路中的帶色直線出現(xiàn)脈動，流體質(zhì)點(diǎn)還沒有出現(xiàn)相互交換的現(xiàn)象，流體的流動呈臨界狀態(tài)。如果將尾部閥門繼續(xù)開大，出現(xiàn)流動質(zhì)點(diǎn)的橫向脈動，使色線完全擴(kuò)散與無色水混合，此時流體的流動狀態(tài)為紊流運(yùn)動。
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（m²）

Q ─ 流量（m³/s）
實(shí)驗(yàn)時我們測出在Δt時間內(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)時的雷諾數(shù)。
雷諾準(zhǔn)數(shù)是判斷流體流動類型的準(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)定的過渡區(qū)。
對于一定溫度的液體，在特定的圓管內(nèi)流動，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)下流體流動類型的變化。
五、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

六、操作步驟
1.啟動水泵，向穩(wěn)壓水箱注水。調(diào)節(jié)進(jìn)水閥門和尾部閥門，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。開啟下部小閥門，使顏色水從細(xì)管中流出，此時，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向前流動，色液呈現(xiàn)一條細(xì)直流線，這說明在此流態(tài)下，流體的質(zhì)點(diǎn)沒有垂直于主流的橫向運(yùn)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(xiàn)象，可再仔細(xì)調(diào)節(jié)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(xiàn)脈動，但流體質(zhì)點(diǎn)還沒有達(dá)到相互交換的程度，此時，即象征為流體流動狀態(tài)開始轉(zhuǎn)換的臨界狀態(tài)（上臨界點(diǎn)），此時的流速即為上臨界流速。
4.繼續(xù)開大閥門，即會出現(xiàn)流體質(zhì)點(diǎn)的橫向脈動，繼而色線會被全部擴(kuò)散與水混合，此時的流態(tài)即為紊流。此后，如果把閥門逐漸關(guān)小，關(guān)小到一定開度時，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，實(shí)驗(yàn)管中會再次出現(xiàn)細(xì)直色線，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)量水箱測量出水流的體積流量并測記流體的溫度。
6.將測試結(jié)果記入實(shí)驗(yàn)記錄表中。計(jì)算臨界雷諾數(shù)Re_k
七、注意事項(xiàng)
1.在測定層流現(xiàn)象時，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)的流速則無法看到一條直線，而是和湍流一樣的渾濁現(xiàn)象。
2.注意在實(shí)驗(yàn)臺周圍不得有外加的干擾。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。
八、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。
1.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

2.實(shí)驗(yàn)報告內(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。
九、設(shè)備主要配置及技術(shù)參數(shù)
1.實(shí)驗(yàn)裝置主要是由水箱、實(shí)驗(yàn)管、試劑盒、PPR管路、閥門和不銹鋼臺架等組成。
2.實(shí)驗(yàn)管：內(nèi)徑16mm、長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)過及現(xiàn)象。本實(shí)驗(yàn)主要是通過調(diào)節(jié)水量控制閥來改變流體流經(jīng)管的流速并觀察指示液隨流速改變的流動形態(tài)。
3.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(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。

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臨界流速V_K
（m/s）

臨界雷諾數(shù)
Re

實(shí)驗(yàn)管內(nèi)徑
d=0.014m
水溫： ℃

平均雷諾數(shù)Re=