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雷諾實(shí)驗(yàn)裝置指導(dǎo)書(shū)

一、雷諾實(shí)驗(yàn)裝置指導(dǎo)書(shū)-概述
在實(shí)際化工生產(chǎn)中,許多過(guò)程都涉及到流體流動(dòng)的內(nèi)部細(xì)節(jié),尤其是流體的流動(dòng)現(xiàn)象。故而了解流體的流動(dòng)形態(tài)極其重要。本實(shí)驗(yàn)裝置便于觀察,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單能使學(xué)生對(duì)流體流動(dòng)的兩種形態(tài)有更好的認(rèn)識(shí)。
二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?nbsp;
觀察流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)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(cè)定流動(dòng)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(cè)定參數(shù)計(jì)算Re并判斷流體流動(dòng)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(dòng),有兩種不同的流動(dòng)狀態(tài),其阻力性質(zhì)也不同。在實(shí)驗(yàn)過(guò)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(mén)開(kāi)啟較小,在管路中就有穩(wěn)定的平均流速v,這時(shí)候如果微啟顏色水盒閥門(mén),帶色水就會(huì)與無(wú)色水在管路中沿軸線同步向前流動(dòng),帶色水呈一條帶色直線,其流動(dòng)質(zhì)點(diǎn)沒(méi)有垂直于主流方向的橫向運(yùn)動(dòng),帶色水線沒(méi)有與周?chē)囊后w混雜,層次分明的在管路中流動(dòng)。此時(shí),在速度較小而粘性較大和慣性力較小的情況下運(yùn)動(dòng),為層流運(yùn)動(dòng)。如果將尾部閥門(mén)逐漸開(kāi)大,管路中的帶色直線出現(xiàn)脈動(dòng),流體質(zhì)點(diǎn)還沒(méi)有出現(xiàn)相互交換的現(xiàn)象,流體的流動(dòng)呈臨界狀態(tài)。如果將尾部閥門(mén)繼續(xù)開(kāi)大,出現(xiàn)流動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的橫向脈動(dòng),使色線完全擴(kuò)散與無(wú)色水混合,此時(shí)流體的流動(dòng)狀態(tài)為紊流運(yùn)動(dòng)。
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(dòng)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(m 2) 
Q ─ 流 量 (m3/s)   
實(shí)驗(yàn)時(shí)我們測(cè)出在Δt時(shí)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(shí)的雷諾數(shù)。  
雷諾準(zhǔn)數(shù)是判斷流體流動(dòng)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(guò)渡區(qū)。
對(duì)于一定溫度的液體,在特定的圓管內(nèi)流動(dòng),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(dòng)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(dòng)水泵,向穩(wěn)壓水箱注水。調(diào)節(jié)進(jìn)水閥門(mén)和尾部閥門(mén),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(kāi)啟下部小閥門(mén),使顏色水從細(xì)管中流出,此時(shí),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(dòng),色液呈現(xiàn)一條細(xì)直流線,這說(shuō)明在此流態(tài)下,流體的質(zhì)點(diǎn)沒(méi)有垂直于主流的橫向運(yùn)動(dòng),顏色水沒(méi)有與周?chē)囊后w混雜,而是層次分明的向前流動(dòng)。此時(shí)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(mén)和尾部閥門(mén),直到看到有色直線為止)
3.逐漸緩慢開(kāi)大上水閥門(mén)和尾部閥門(mén),可以觀察到有色色線開(kāi)始出現(xiàn)脈動(dòng),但流體質(zhì)點(diǎn)還沒(méi)有達(dá)到相互交換的程度,此時(shí),即象征為流體流動(dòng)狀態(tài)開(kāi)始轉(zhuǎn)換的臨界狀態(tài)(上臨界點(diǎn)),此時(shí)的流速即為上臨界流速。
4.繼續(xù)開(kāi)大閥門(mén),即會(huì)出現(xiàn)流體質(zhì)點(diǎn)的橫向脈動(dòng),繼而色線會(huì)被全部擴(kuò)散與水混合,此時(shí)的流態(tài)即為紊流。此后,如果把閥門(mén)逐漸關(guān)小,關(guān)小到一定開(kāi)度時(shí),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(mén),實(shí)驗(yàn)管中會(huì)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(cè)量出水流的體積流量并測(cè)記流體的溫度。
6.將測(cè)試結(jié)果記入實(shí)驗(yàn)記錄表中。計(jì)算臨界雷諾數(shù)Rek
七、注意事項(xiàng) 
1.在測(cè)定層流現(xiàn)象時(shí),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(wú)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(tái)周?chē)坏糜型饧拥母蓴_。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

次數(shù) V
(m3
t
(s)
Q
(m3/s)
臨界流速VK
(m/s)
臨界雷諾數(shù)
Re
附   注
1           實(shí)驗(yàn)管內(nèi)徑
d=0.014m
水溫: ℃
2          
3          
平均雷諾數(shù)Re=
2.實(shí)驗(yàn)報(bào)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(mén)和不銹鋼臺(tái)架等組成。
2.實(shí)驗(yàn)管:內(nèi)徑16mm、長(zhǎng)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(guò)及現(xiàn)象。本實(shí)驗(yàn)主要是通過(guò)調(diào)節(jié)水量控制閥來(lái)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(dòng)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(guò)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(jiǎn)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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