試驗驗證雷洛試驗的正確性

吳月勇 俞博威 張典典

（河海大學 港口海岸與近海工程學院，江蘇 南京210098）

0 概述

雷諾在實驗中發(fā)現(xiàn)圓管流動存在兩種流態(tài)——層流和紊流，并且存在著層流轉(zhuǎn)化為紊流的臨界點。這個臨界點定義為雷洛數(shù)，雷諾認為下臨界雷諾數(shù)Re大致在2000-2300之間，除此之外雷洛發(fā)現(xiàn)層紊流的lghf～lgv曲線（hf為沿程水頭損失，v為流速）均大致為直線，層流區(qū)lghf與lgv的一次方成比例，紊流區(qū)hf與v的1.75次方成比例。

為了驗證雷諾試結(jié)果的正確性，特在實驗室模擬做了雷諾試驗，共收集了173組數(shù)據(jù)，用來分析lgv與lghf的關系和找出下臨界雷諾數(shù)Re并與理論值比較。

1 實驗數(shù)據(jù)

下列數(shù)據(jù)中l(wèi)gv與lghf與Re每個數(shù)按照順序一一對應。

下面是173組數(shù)據(jù)的lgv：

下面是173組數(shù)據(jù)的lghf:

下面是173組數(shù)據(jù)對應的雷諾數(shù)Re：

2 數(shù)據(jù)分析

圖1

由上圖可知，lghf與lgv大致存在線性關系（縱坐標為lghf），但可以注意到圖中散點大致趨勢有一拐點。此外試驗發(fā)現(xiàn)拐點大致出現(xiàn)在雷諾數(shù)為2300處，和理論值一致。

為了更好地研究層紊流中變量的關系，將數(shù)據(jù)分成兩部分來研究：層流部分和紊流部分，其中大致以下臨界雷諾數(shù)Re（2300）為界。在剔除掉一些由于實驗操作等帶來的誤差的點后再將上述數(shù)據(jù)通過散點圖表述，得到圖2如下：

圖2

由上圖可知，在層流區(qū)，lghf與lgv大致呈直線關系，其斜率為0.96接近于1，與理論相符的很好。

將第二部分數(shù)據(jù)表述成散點圖，得到圖3，如下：

圖3

由上如可知，在紊流區(qū)，lghf與lgv大致也呈直線關系，其斜率為1.75，在1.75～2.0之間，基本符合理論情況。

3 成果結(jié)論

本實驗所得lghf與lgv在層流區(qū)斜率為0.96，在紊流區(qū)斜率為1.75.基本符合理論。同時也證明了雷諾試驗所得結(jié)果的正確性。

同時，本次實驗所得下臨界雷諾數(shù)偏大，這應該和圓管水流流體界面的紊動和流量的不均勻性有關。

［1］趙振興,何建京.水力學.2版[M].北京：清華大學出版社,2010,02.

［2］趙振興,何建京.水力學實驗[M].南京：河海大學出版社,2001,05.