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《化工原理实验》

讲稿

二0一四年二月

1.雷诺实验

一、实验目的

1.观察层流、湍流的流态及其转化特征；

2.测定临街雷诺准数，掌握圆管流动形态的判别准则；

3.观察紊流（或湍流）产生过程，理解紊流产生机理。

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。

2.当初始状态流速较大时，从紊流到层流的过渡流速为下临界流速，对应的雷诺准数为下临界雷诺数，

反之为上临界流速和上临界雷诺数。

du

Re（1）



式中d——导管直径，m；——流体密度，kg·m3；

——流体粘度，Pa·s；u——流体流速，m·s1；

大量实验测得：当雷诺准数小于某一下临界值时，流体流动型态恒为层流；当雷诺数大于某一上临界

值时，流体流型恒为湍流。在上临界值与下临界值之间，则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10000。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的影响。

三、实验装置(雷诺实验仪CEA—F01型)

雷诺试验装置主要由稳压溢流水槽、试验导管和转子流量计等部分组成，如图1所示。自来水不断注

入并稳压溢流水槽。稳压溢流水槽的水流经试验导管和流量计，最后排入下水道。稳压溢流水槽的溢流水，

也直接排入下水道。

图1雷诺实验装置及流程

1.示踪剂瓶；2.稳压溢流水槽；3.试验导管；4.转子流量计；V01.示踪剂调节阀；

V02.上水调节阀；V03.水流量调节阀；V04，V05－泄水阀；V06－放风阀。

四、实验方法

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（红墨水）加入贮瓶内备用，并排尽贮

瓶与计头之间管路内的空气。

（2）实验前，先对转子流量计进行标定，作好流量标定曲线。

（3）用温度计测定水温。

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，以保证试验时具有稳定的压头。

（2）用放风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，再精细地调节示踪剂管路阀，使示踪剂（红墨水）的注水流速与试验导管内主体流

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，使水通过试验导管的流速平稳地增大。直至试验导管内直线流

动的红色细流开始发生波动时，记下水的流量和温度，以供计算临界雷诺数据。

（4）继续缓慢地增加调节阀开度，使水流量平稳地增加。这时，导管内的流体的流型逐步由层流向

湍流过渡。当流量增大到某一数据值后，示踪剂（红墨水）一进入试验导管，立即被分散呈烟雾状，这时

标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。

（5）以相反程序，即调节阀开度从大逐渐关小，再观察观众流动形态的变化现象，并记下水的流量

和温度数据，以供计算下临界雷诺数。

这样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。

实验操