试验验证雷洛试验的正确性

吴月勇 俞博威 张典典

（河海大学 港口海岸与近海工程学院，江苏 南京210098）

0 概述

雷诺在实验中发现圆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点。这个临界点定义为雷洛数，雷诺认为下临界雷诺数Re大致在2000-2300之间，除此之外雷洛发现层紊流的lghf～lgv曲线（hf为沿程水头损失，v为流速）均大致为直线，层流区lghf与lgv的一次方成比例，紊流区hf与v的1.75次方成比例。

为了验证雷诺试结果的正确性，特在实验室模拟做了雷诺试验，共收集了173组数据，用来分析lgv与lghf的关系和找出下临界雷诺数Re并与理论值比较。

1 实验数据

下列数据中lgv与lghf与Re每个数按照顺序一一对应。

下面是173组数据的lgv：

下面是173组数据的lghf:

下面是173组数据对应的雷诺数Re：

2 数据分析

图1

由上图可知，lghf与lgv大致存在线性关系（纵坐标为lghf），但可以注意到图中散点大致趋势有一拐点。此外试验发现拐点大致出现在雷诺数为2300处，和理论值一致。

为了更好地研究层紊流中变量的关系，将数据分成两部分来研究：层流部分和紊流部分，其中大致以下临界雷诺数Re（2300）为界。在剔除掉一些由于实验操作等带来的误差的点后再将上述数据通过散点图表述，得到图2如下：

图2

由上图可知，在层流区，lghf与lgv大致呈直线关系，其斜率为0.96接近于1，与理论相符的很好。

将第二部分数据表述成散点图，得到图3，如下：

图3

由上如可知，在紊流区，lghf与lgv大致也呈直线关系，其斜率为1.75，在1.75～2.0之间，基本符合理论情况。

3 成果结论

本实验所得lghf与lgv在层流区斜率为0.96，在紊流区斜率为1.75.基本符合理论。同时也证明了雷诺试验所得结果的正确性。

同时，本次实验所得下临界雷诺数偏大，这应该和圆管水流流体界面的紊动和流量的不均匀性有关。

［1］赵振兴,何建京.水力学.2版[M].北京：清华大学出版社,2010,02.

［2］赵振兴,何建京.水力学实验[M].南京：河海大学出版社,2001,05.