雷诺实验中流态密切影响阻力损失

雷诺实验装置如图4-1所示，水箱A内的水位保持不变，用阀门C调节流量和B管中水的流速，容器D内装有有颜色的水，D中的颜色水经细管E流入玻璃管B，阀门F用于控制颜色水的流量。

当B管内的流速较小时，管内颜色水成一股细直的流束，颜色水与清水分层流动，互相不混杂，这种流动状态称为层流，如图4-1（a）所示。当阀门C逐渐开大，流速增大到一个临界速度V c时，颜色水出现摆动，如图4-1（b）所示。继续增大流速，则颜色水与周围的清水相混，如图4-1（c）所示，表明流体质点的运动轨迹极不规则，这种流动状态称为紊流。

图4-1　雷诺实验

图4-2　雷诺实验的阻力损失

实验发现，流动损失与管中的流态密切相关。在B管上相距为L的两断面处分别安装测压管，测量不同流速时两测压管的液面差，根据伯努利方程，由于两断面的流速相同，故两测压管的液面差就是管道在长度L上的沿程损失。实验测试结果如图4-2所示。(www.xing528.com)

通过调节阀门C，将管中的流速从小逐渐增大，得到的流动损失曲线为OABDE；当流速达到V c′后（B点），管中的流动由层流转变为紊流。将管中流速从大逐渐减小，得到的曲线为EDCAO，当流速小于V c后（A点），管中的流动由紊流转变为层流。实验发现，临界流速V c ′＞V c，即称图中的B点对应的流速V c′为上临界流速，A点对应的流速V c为下临界流速。图中AD部分不重合，AC段和BD段实验点分布混乱，是流态不稳定的过渡区域。

实验还表明，对于特定的流动装置，上临界流速V c′是不稳定的，随着流动的起始条件和实验条件及扰动的不同，V c′值可以有很大的差异，但下临界流速V c却是相对稳定的。由于扰动不可避免，故上临界流速没有实际意义。临界流速一般都是指下临界流速V c。

对图4-2所示的实验曲线进行分析，发现流动水头损失与流速的关系为

即有n=1，沿程损失h f与速度V成正比。

（2） 流速较大的CDE段，n=1.75～2.0，h f =KV1.75 ～2.0。

（3） 线段AC或BD的斜率都大于2。