雷诺实验仪的原理与使用方法

有压管路流体在流动过程中，由于条件的改变（例如，管径改变、温度的改变、管壁的粗糙度改变、流速的改变）会造成流体流态的变化，会出现层流、临界流、紊流等现象。层流的特点是流体的质点在流动过程中互不掺混呈线状运动，运动要素不呈现脉动现象。在紊流中流体的质点互相掺混，其运动轨迹是曲折混乱的，运动要素发生脉动现象。

经过大量的实验发现临界流速与过流断面的特征几何尺寸管径d、流体的动力粘度和密度有关，即。由以上四个量组成一个无量纲数，称为雷诺数。

实际流体的流动会呈现出两种不同的型态：层流和紊流，它们的区别在于：流动过程中流体层之间是否发生混掺现象。在紊流流动中存在随机变化的脉动量，而在层流流动中则没有，如图1所示。

圆管中恒定流动的流态转化取决于雷诺数。雷诺根据大量实验资料，将影响流体流动状态的因素归纳成一个无因次数，称为雷诺数Re，作为判别流体流动状态的准则。

判别流体流动状态的关键因素是临界速度。临界速度随流体的粘度、密度以及流道的尺寸不同而改变。流体从层流到紊流的过渡时的速度称为上临界流速，从紊流到层流的过渡时的速度为下临界流速。

圆管中定常流动的流态发生转化时对应的雷诺数称为临界雷诺数，对应于上、下临界速度的雷诺数，称为上临界雷诺数和下临界雷诺数。上临界雷诺数表示超过此雷诺数的流动必为紊流，它很不确定，跨越一个较大的取值范围。而且极不稳定，只要稍有干扰，流态即发生变化。上临界雷诺数常随实验环境、流动的起始状态不同有所不同。因此，上临界雷诺数在工程技术中没有实用意义。有实际意义的是下临界雷诺数，它表示低于此雷诺数的流动必为层流，有确定的取值。通常均以它作为判别流动状态的准则，即

Re<2320时，层流；

Re>2320时，紊流；

该值是圆形光滑管或近于光滑管的数值，工程实际中一般取Re=2000。

实际流体的流动之所以会呈现出两种不同的型态是扰动因素与粘性稳定作用之间对比和抗衡的结果。针对圆管中定常流动的情况，容易理解：减小管径，减小流体粘度，加大流量三种途径都是有利于流动稳定的。综合起来看，小雷诺数流动趋于稳定，而大雷诺数流动稳定性差，容易发生紊流现象。

由于两种流态的流场结构和动力特性存在很大的区别，对它们加以判别并分别讨论是十分必要的。圆管中恒定流动的流态为层流时，沿程水头损失与平均流速成正比，而紊流时则与平均流速的1.75～2.0次方成正比。

自循环雷诺实验仪就是一种能够直观观察到不同雷诺数下流态现象的装置。通过延时消色的红墨水在管路中呈现的现象，展示不同流态。水经自循环供水泵进入恒压水箱依次与实验管道相接,实验管道尾部设置流量调节阀,实验管道出口下设自循环回水装置,恒压水箱与自循环供水器通过上水管和下水管连接,恒压水箱内设有溢流板,稳水板,稳水板侧向开有稳水孔,溢流板和稳水板将恒压水箱内划分为溢流区,恒压区和稳水区恒压水箱上部设有装可自动消色显示液容器,显示液容器下设带有导流针头的导流管,采用了独立自循环恒压供水系统,操作简便直观,示踪剂自动消色.