实验二流体流动型态及临界雷诺数的测定

实验二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决定性的意义。年雷诺（）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，是通过雷诺试验装置，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经许多研究者实验证明：流体流动存在两种截然不同的型态，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1udRe式中一导管直径，ρ一流体密度，·；μ一流体粘度，·；一流体流速，·；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，上临界雷诺数为。一般情况下，上临界雷诺数为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所示。自来水不断注人并充满稳压溢流水槽。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。水流量由调节阀调节。图雷诺实验装置及流程示踪剂瓶；稳压溢流水槽；．试验导管；．转子流量计；．示踪剂调节阀；．上水调节阀；．水流量调节阀；，泄水阀；一放风阀。四、实验方法实验前准备工作：（）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，并排尽贮瓶与针头之间管路内的空气。（）实验前，先对转子流量计进行标定，作好流量标定曲线。（）用温度计测定水温。实验操作步骤：（）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。（）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选为宜。精心调节至能观察到一条平直的红色细流为止。（）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，以供计算下临界雷诺数据．（）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。这样实验操作需反复进行数次（至少－次），以便取得较为准确的实验数据．实验操作注意事项。（）本实验示踪剂采用红墨水．它由红墨水贮瓶，经连接软管和注射针头，注入试验导管．应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果。（）在实验过程中，应随时注意稳压水槽的溢流水量，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。（）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，调节流量过程切勿操之过急，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（）实验基本参数试验导管内径（）实验数据记录及整理实验序号下临界流量上临界流量下临界流速上临界流速下临界雷诺速上临界雷诺速列出上表中各项计算式：