005向文英、江岸编写 实验五(1) 雷诺实验与紊流机理、流动阻力演示实验 知识点: 层流与紊流;层流与紊流的判断标准;紊流形成机理;绕流阻力 、实验目的与意义 1、观察层流、紊流的流态; 2、测定临界雷诺数,掌握圆管流态的判断标准: 3、观察紊流形成的过程,理解紊流产生的机理; 4、观察的流态; 5、观察流体在各种绕流运动中阻力的大小,分析流体流动的两种阻力形式。 二、实验要求测试内容 1、观察层流、紊流的流态; 2、测定临界雷诺数,掌握圆管流态的判断标准 3、观察紊流形成的过程,理解紊流产生的机理; 4、理解流体绕流过程中的摩擦阻力与压差阻力的两种阻力形式 、实验原理 1、雷诺数:反映惯性力与粘性力的比值。 R R>4000为紊流 R(2000为层流 2000R(4000为层流与紊流过度区 2、绕流阻力:为摩擦阻力与压差阻力之和
2005 向文英、江岸编写 实验五 (1) 雷诺实验与紊流机理、流动阻力演示实验 知识点： 层流与紊流；层流与紊流的判断标准；紊流形成机理；绕流阻力。 一、实验目的与意义 1、观察层流、紊流的流态； 2、测定临界雷诺数，掌握圆管流态的判断标准； 3、观察紊流形成的过程，理解紊流产生的机理； 4、观察的流态； 5、观察流体在各种绕流运动中阻力的大小，分析流体流动的两种阻力形式。 二、实验要求测试内容 1、观察层流、紊流的流态； 2、测定临界雷诺数，掌握圆管流态的判断标准； 3、观察紊流形成的过程，理解紊流产生的机理； 4、理解流体绕流过程中的摩擦阻力与压差阻力的两种阻力形式。 三、实验原理 1、雷诺数：反映惯性力与粘性力的比值。 2 4 d Q d Re π υ ν υ = = Re > 4000为紊流 R〈e 2000为层流 2000 R〈〈 e 4000为层流与紊流过度区 2、绕流阻力：为摩擦阻力与压差阻力之和
005向文英、江岸编写 D=CA 2+C,A Pu2 式中:D—绕流阻力; C—绕流摩擦阻力系数 A—绕流摩擦阻力迎流面积 Cn绕流压差阻力系数 A——绕流压差阻力迎流面积 来流速度 四、实验仪器与元件 实验仪器:雷诺实验仪、壁挂式流动显示仪 仪器元件:自循环供水系统、颜色水箱、放水阀等 流体介质:水、颜色水 实验装置如图 颜色水箱 放水阀 图1雷诺实验仪 五、实验方法与步骤 实验方法与操作步骤如下 1、熟悉实验装置各部分功能,记录有关常数 2、观察两种流态。 打开开关3使水箱充水至溢流水位,经稳定后,微微开启调节阀9,并注入颜色水于实验 管内,使颜色水流成一直线。通过颜色水质点的运动观察管内水流的层流流态,然后逐步开 大调节阀,通过颜色水直线的变化观察层流转变到紊流的水力特征,待管中出现完全紊流后
2005 向文英、江岸编写 2 2 2 2 ρυ ρυ = ff + ACACD pp 式中：D——绕流阻力； Cf——绕流摩擦阻力系数； Af——绕流摩擦阻力迎流面积； Cp——绕流压差阻力系数； Ap——绕流压差阻力迎流面积； υ ——来流速度。 四、实验仪器与元件 实验仪器： 雷诺实验仪、壁挂式流动显示仪 仪器元件：自循环供水系统、颜色水箱、放水阀等 流体介质：水、颜色水 实验装置如图： 循环水泵 放水阀 水箱 颜色水箱 图 1 雷诺实验仪 五、实验方法与步骤 实验方法与操作步骤如下： 1、熟悉实验装置各部分功能，记录有关常数； 2、观察两种流态。 打开开关 3 使水箱充水至溢流水位，经稳定后，微微开启调节阀 9，并注入颜色水于实验 管内，使颜色水流成一直线。通过颜色水质点的运动观察管内水流的层流流态，然后逐步开 大调节阀，通过颜色水直线的变化观察层流转变到紊流的水力特征，待管中出现完全紊流后
2005向文英、江岸编写 再逐步关小调节阀,观察由紊流转变为层流的水力特征 3、测定下临界雷诺数。 (1)、将调节阀打开,使管中呈完全紊流,再逐步关小调节阀使流量减小。当流量调节到 使颜色水在全管刚呈现出一稳定直线时,即为下临界状态 (2)、待管中出现临界状态时,用体积法测定流量: (3)、根据所测流量计算下临界雷诺数,并与公认值(2000比较,偏离过大,需重测 (4)、重新打开调节阀,使其形成完全紊流,按照上述步骤重复测量不少于三次 (5)、同时用水箱中的温度计测记水温,从而求得水的运动粘度。 注意 (1)、每调节阀门一次,均需等待稳定几分钟 (2)、关小阀门过程中,只许渐小,不许开大; (3)、随出水流量减小,应适当调小开关(右旋),以减小溢流量引发的扰动。 4、测定上临界雷诺数。 逐渐开启调节阀,使管中水流由层流过渡到紊流,当色水线刚开始散开时,即为上临界状 态,测定上临界雷诺数1-2次。 有关常数为:管径d=14cm,水温t=12.5°C。运动粘性系数可用以下经验公式求得 0.01775 +.0371+0.00212=0.01219cm2/s 六、实验成果 实验记录计算表 实验次|水温粘性系数 实际流量 流速雷诺数备注 (cm/s) (cm/s) 234 七、实验分析与讨论 1、流态判据为何采用无量纲参数,而不采用临界流速? 2、为何认为上临界雷诺数无实际意义,而采用下临界雷诺数作为层流与紊流的判据?实测 下临界雷诺数Re与公认值偏离多少?原因何在?
2005 向文英、江岸编写 再逐步关小调节阀，观察由紊流转变为层流的水力特征。 3、测定下临界雷诺数。 (1)、将调节阀打开，使管中呈完全紊流，再逐步关小调节阀使流量减小。当流量调节到 使颜色水在全管刚呈现出一稳定直线时，即为下临界状态； (2)、待管中出现临界状态时，用体积法测定流量； (3)、根据所测流量计算下临界雷诺数，并与公认值(2000)比较，偏离过大，需重测； (4)、重新打开调节阀，使其形成完全紊流，按照上述步骤重复测量不少于三次； (5)、同时用水箱中的温度计测记水温，从而求得水的运动粘度。 注意： (1)、每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟； (2)、关小阀门过程中，只许渐小，不许开大； (3)、随出水流量减小，应适当调小开关(右旋)，以减小溢流量引发的扰动。 4、测定上临界雷诺数。 逐渐开启调节阀，使管中水流由层流过渡到紊流，当色水线刚开始散开时，即为上临界状 态，测定上临界雷诺数 1—2 次。 有关常数为：管径d=1.4cm，水温t=12.5o C。运动粘性系数可用以下经验公式求得： 六、实验成果 实验记录计算表 实验次 数 水温 t o c 粘性系数 μ （cm 2 /s） 实际流量 Q （cm 3 /s） 流速 υ （cm/s） 雷诺数 Re 备注 1 2 3 4 七、实验分析与讨论 1、流态判据为何采用无量纲参数，而不采用临界流速? 2、为何认为上临界雷诺数无实际意义，而采用下临界雷诺数作为层流与紊流的判据?实测 下临界雷诺数 Re 与公认值偏离多少?原因何在?
005向文英、江岸编写 3、雷诺实验得出的园管流动下临界雷诺数为2320,面目前有些教科书中介绍采用的下临 界留诺数是2000,原因何在? 4、为什么在测定Re调小流量过程中,不许有反调? 5、分析层流和紊流在运动学特性和动力学特性方面各有何差异? 6、如何减少摩擦阻力与压差阻力? 7、绕流阻力在实际工程的应用怎样? 实验五(2) 堰流与水面曲线实验 知识点: 非均匀渐变流的十二种水面曲线;宽顶堰;实用堰;薄壁堰。 实验目的与意义 1、观察棱柱体渠道中非均匀渐变流的十二种水面曲线。 2、掌握十二种水面曲线的生成条件。 3、观察不同H的有坎、无坎宽顶堰或实用堰的水流现象,以及下游水位变化对宽顶 堰过流能影响 4、掌握测量薄壁堰与实用堰流量Q与流量系数m和淹没系数∽ξ的实验技能,并测定 无侧收缩宽顶堰的m及O值。 二、实验要求与实验内容 1、在棱柱体渠道中演示非均匀渐变流的十二种水面曲线。 2、分析十二种水面曲线的生成条件。 3、观察不同。H的有坎、无坎宽顶堰或实用堰的水流现象,以及下游水位变化对宽顶
2005 向文英、江岸编写 3、雷诺实验得出的园管流动下临界雷诺数为 2320，面目前有些教科书中介绍采用的下临 界留诺数是 2000，原因何在? 4、为什么在测定 Re 调小流量过程中，不许有反调? 5、分析层流和紊流在运动学特性和动力学特性方面各有何差异? 6、如何减少摩擦阻力与压差阻力？ 7、绕流阻力在实际工程的应用怎样？ 实验五 (2) 堰流与水面曲线实验 知识点： 非均匀渐变流的十二种水面曲线；宽顶堰；实用堰；薄壁堰。 一、实验目的与意义 1、观察棱柱体渠道中非均匀渐变流的十二种水面曲线。 2、掌握十二种水面曲线的生成条件。 3、观察不同δ /H 的有坎、无坎宽顶堰或实用堰的水流现象，以及下游水位变化对宽顶 堰过流能影响。 4、掌握测量薄壁堰与实用堰流量 Q 与流量系数 m 和淹没系数σ s 的实验技能，并测定 无侧收缩宽顶堰的 m 及σ s 值。 二、实验要求与实验内容 1、在棱柱体渠道中演示非均匀渐变流的十二种水面曲线。 2、分析十二种水面曲线的生成条件。 3、观察不同δ /H 的有坎、无坎宽顶堰或实用堰的水流现象，以及下游水位变化对宽顶
2005向文英、江岸编写 堰过流能影响。 4、进行薄壁堰、实用堰流量与流量系数m的测定。 5、测定无侧收缩宽顶堰流量与流量系数m及淹没系数。 三、实验原理 1、水面曲线实验 改变明槽底坡可演示十二种水面曲线,本实验装置配有新型高比速直齿电机躯动的升降 机构14。按下14的升降开关,明槽6即绕轴承9摆动,从而改变水槽的底坡。坡度值由升 降杆13的标尺值(△z)和轴承9与升降机上支点水平间距(Lo)算得;平坡可依底坡水准泡 判定。实验流量由可控硅无级调速器3调控,并用重量法(或体积法)测定。槽身设有两道闸 板,用于调控上下游水位,以形成不同水面线型。闸板锁紧轮11用以夹紧闸板,使其定位。 水深由滑尺12量测。 图1中,十二种水面线分别产生于五种不同底坡。因而实验时,必须先确定底坡性质, 其中需测定的,也是最关键的是平坡和临界坡。平坡可依水准泡或升降标尺值判定。临界底 坡应满足下列关系: a CLB
2005 向文英、江岸编写 堰过流能影响。 4、进行薄壁堰、实用堰流量与流量系数 m 的测定。 5、测定无侧收缩宽顶堰流量与流量系数 m 及淹没系数σ s 。 三、实验原理 1、水面曲线实验 改变明槽底坡可演示十二种水面曲线，本实验装置配有新型高比速直齿电机躯动的升降 机构 14。按下 14 的升降开关，明槽 6 即绕轴承 9 摆动，从而改变水槽的底坡。坡度值由升 降杆 13 的标尺值(△z)和轴承 9 与升降机上支点水平间距(Lo)算得；平坡可依底坡水准泡 8 判定。实验流量由可控硅无级调速器 3 调控，并用重量法(或体积法)测定。槽身设有两道闸 板，用于调控上下游水位，以形成不同水面线型。闸板锁紧轮 11 用以夹紧闸板，使其定位。 水深由滑尺 12 量测。 图 1 中，十二种水面线分别产生于五种不同底坡。因而实验时，必须先确定底坡性质， 其中需测定的，也是最关键的是平坡和临界坡。平坡可依水准泡或升降标尺值判定。临界底 坡应满足下列关系： kk k k BC gx i 2 α =