雷诺实验仪的原理与使用

        在压力管道内流体流动过程中，由于管径、温度、管壁粗糙度、流速等条件的变化，会引起层流、临界流、湍流等流体流动状态的变化。层流的特点是流体中的颗粒在流动过程中不发生混合，呈线性运动，运动元件不发生脉动。在湍流中，流体中的颗粒相互混合，其运动轨迹是曲折混沌的，运动元素是脉动的。

        通过大量实验，发现临界流速与流动截面的特征几何尺寸、管径D、流体的动粘度和密度有关，即四个以上的无因次雷诺数称为一个。

        实际流体流动将呈现两种不同的类型：层流和湍流。二者的区别在于流动过程中流体层间是否发生混合现象。在湍流中有一个随机变化的脉动，但在层流中没有，如图1所示。

        圆管内定常流动的流型变换依赖于雷诺数。在大量实验数据的基础上，雷诺数将影响流体流动状态的因素归纳为一个无量纲数，称为雷诺数Re，作为判断流体流动状态的标准。

        临界流速是判断流体流动状态的关键因素。临界流速随流体粘度、密度和通道尺寸的变化而变化。流体从层流到湍流的过渡速度称为上临界速度，从湍流到层流的过渡速度称为下临界速度。

        与圆管内定常流动流型转变相对应的雷诺数称为临界雷诺数，与上、下临界转速相对应的雷诺数称为上临界雷诺数和下临界雷诺数。上临界雷诺数意味着超过这个雷诺数的流动必须是湍流的，这是非常不确定的，并且跨越了一个很大的数值范围。而且，它极不稳定。只要有轻微的干扰，流型就会改变。上临界雷诺数通常随实验环境和初始流动状态而变化。因此，上临界雷诺数在工程技术上没有实际意义。具有实际意义的是较低的临界雷诺数，这意味着低于这个雷诺数的流动必须是层流的，并且有一个确定的值。它通常被用作判断流动状态的标准，即

        Re<2320时，为层流；

        re>2320时，湍流；

        此值是圆形平滑管道或近似平滑管道的值。在工程实践中，一般取re=2000。

        实际流体流动呈现两种不同形态的原因是扰动因子与粘性稳定性的比较和对抗的结果。从圆管内的稳定流动来看，减小管径、降低流体粘度、增大流量都有利于流动的稳定。总的来说，小雷诺数流动趋于稳定，而大雷诺数流动稳定性差，容易产生湍流。

        由于这两种流型在流场结构和动态特性上有很大的差异，有必要对其进行区分和讨论。当圆管内定常流流型为层流时，沿程水头损失与平均流速成正比，而在紊流中，沿程水头损失与平均流速的1.75～2.0次方成正比。

        自循环雷诺数实验仪是一种能直接观察不同雷诺数下流场的装置。通过红墨水在管道中的延迟褪色现象，显示出不同的流型。水通过自循环供水泵进入恒压水箱，依次与实验管道相连。实验管道尾部设有流量调节阀，实验管道出口设有自循环回水装置。恒压水箱通过上下水管与自循环供水装置连接。恒压水箱设有溢流板、稳水板，稳水板侧面开有稳水孔，溢流板和稳水板将恒压水箱分为溢流区。恒压区和稳水区的恒压水箱上部设有自动消色差显示液体容器。在所述的显示液体容器的下方设有带导针的导管。采用独立的自循环恒压供水系统，操作方便，直观，示踪剂自动消色差。