实验五 雷诺实验 实验原理 实验分析与讨论 ⒈流态判据为何采用无量纲参数，而不采用临界流速？ 雷诺在 1883 年以前的实验中，发现园管流动存在两种流态——层流和紊流，并且存在着层流转化为紊流的临界流速 V’，V’与流体的粘性 ν 及园管的直径 d 有关，即 （1） 因此从广义上看，V’不能作为流态转变的判据。 为了判别流态，雷诺对不同管径、不同粘性液体作了大量的实验，得出了用无量纲参数（vd/ν）作为管流流态的判据。他不但深刻揭示了流态转变的规律，而且还为后人用无量纲化的方法进行实验研究树立了典范。用无量纲分析的雷列法可得出与雷诺数结果相同的无量纲数。 可以认为式（1）的函数关系能用指数的乘积来表示。即 （2） 其中 K 为某一无量纲系数。 式（2）的量纲关系为 （3） 从量纲和谐原理，得 L：2α1+α2=1 T：-α1=-1 联立求解得 α1=1，α2=-1 将上述结果，代入式（2），得 或 雷诺实验完成了 K 值的测定，以及是否为常数的验证。结果得到 K=2320。于是，无量纲数vd/ν 便成了适应于任何管径，任何牛顿流体的流态转变的判据。由于雷诺的奉献，vd/ν 定命为雷诺数。 随着量纲分析理论的完善，利用量纲分析得出无量纲参数，研究多个物理量间的关系，成了现今实验研究的重要手段之一。 ⒉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？实测下临界雷诺数为多少？ 根据实验测定，上临界雷诺数实测值在 3000～5000 范围内，与操作快慢，水箱的紊动度，外界干扰等密切相关。有关学者做了大量实验，有的得 12000，有的得 20000，有的甚至得40000。实际水流中，干扰总是存在的，故上临界雷诺数为不定值，无实际意义。只有下临界雷诺数才可以作为判别流态的标准。凡水流的雷诺数小于下临界雷诺数者必为层流。一般实测下临界雷诺数为 2100 左右。 ⒊雷诺实验得出的圆管流动下临界雷诺数 2320，而目前一般教科书中介绍采用的下临界雷诺数是 2000，原因何在？ 下临界雷诺数也并非与干扰绝对无关。雷诺实验是在环境的干扰极小，实验前水箱中的水体经长时间的稳定情况下，经反复多次细心量测才得出的。而后人的大量实验很难重复得出雷诺实验的准确数值，通常在 2000～2300 之间。因此，从工程实用出发，教科书中介绍的园管下临界雷诺数一般是 2000。 ⒋试结合紊动机理实验的观察，分析由层流过渡到紊流的机理何在？ 从紊动机理实验的观察可知，异重流（分...
