"雷诺数运动"是什么?
雷诺数介绍
作者：刘欣荣 整理：革命党de人 测量管内流体流量时往往必须了解其流动状态、流速分布等。雷诺数就是表征流体流动特性的一个重要参数。流体流动时的惯性力Fg和粘性力(内摩擦力)Fm之比称为雷诺数。用符号Re表示。Re是一个无因次量。式中的动力粘度η用运动粘度υ来代替，因η＝ρυ，则式中：l υ——流体的平均速度；l l——流束的定型尺寸；l ρ、η一一在工作状态；流体的运动粘度和动力粘度l ρ——被测流体密度；由上式可知，雷诺数Re的大小取决于三个参数，即流体的速度、流束的定型尺寸以及工作状态下的粘度。 用圆管传输流体，计算雷诺数时，定型尺寸一般取管道直径(D)，则用方形管传输流体，管道定型尺寸取当量直径(Dd)。当量直径等于水力半径的四倍。对于任意截面形状的管道，其水力半径等于管道戳面积与周长之比．所以长和宽分别为A和B的矩形管道，其当量直径 对于任意截面形状管道的当量直径，都可按截面积的四倍和截面周长之比计算，因此，雷诺数的计算公式为雷诺数小，意味着流体流动时各质点间的粘性力占主要地位，流体各质点平行于管路内壁有规则地流动，呈层流流动状态。雷诺数大，意味着惯性力占主要地位，流体呈紊流流动状态，一般管道雷诺数Re＜2000为层流状态，Re＞4000为紊流状态，Re＝2000～4000为过渡状态。在不同的流动状态下，流体的运动规律．流速的分布等都是不同的，因而管道内流体的平均流速υ与最大流速υmax的比值也是不同的。因此雷诺数的大小决定了粘性流体的流动特性。下图表示光滑管道的雷诺数ReD与速度比V/Vmax的关系。光滑管的管道雷诺数Rep与速度比V/Vmax的关系 试验表明，外部条件几何相似时(几何相似的管子，流体流过几何相似的物体等)，若它们的雷诺数相等，则流体流动状态也是几何相似的(流体动力学相似)。这一相似规律正是流量测量节流装置标准化的基础。可见，雷诺数确切地反映了流体的流动特性是流量测量中常用的参数．雷诺数的流量表达式为：M——被测介质的质量流量kg／h：Q——被测介质的容积流量m／h；D——管道内径mm；v——工作状态下被测介质的动力粘度Pa·Sp——工作状态下被测介质的运动粘度m2/s式中的常数值，依式中各参数的单位不同而异。当采用非式中指定的单位时，常数值应作相应的修正。在使用雷诺数时，应注意其对应的定型尺寸。一般在给出的雷诺数Re的右下角注以角码，表明对应的定型尺寸。在节流装置的标准中，对管道直径D而言的雷诺数记作ReD，而对节流元件孔径d而言的雷诺数记作Red，两者的关系式为ReD＝βRed，式中的β为分流元件的直径比，即β＝d/D，使用时应注意雷诺数和粘度如何转换?
Re＝ρvL／μ，ρ、μ为流体密度和粘度，v、L为流场的特征速度和特征长度
将流动着的液体看作许多相互平行移动的液层, 各层速度不同,形成速度梯度(dv/dx),这是流动的基本特征.(见图) 由于速度梯度的存在,流动较慢的液层阻滞较快液层的流动,因此.液体产生运动阻力.为使液层维持一定的速度梯度运动,必须对液层施加一个与阻力相反的反向力. 在单位液层面积上施加的这种力,称为切应力τ(N/m2). 切变速率(D) D=d v /d x (S-1) 切应力与切变速率是表征体系流变性质的两个基本参数 牛顿以图4-1的模式来定义流体的粘度。两不同平面但平行的流体，拥有相同的面积”A”，相隔距离”dx”，且以不同流速”V1”和”V2”往相同方向流动，牛顿假设保持此不同流速的力量正比于流体的相对速度或速度梯度，即： τ= ηdv/dx =ηD（牛顿公式） 其中η与材料性质有关，我们称为“粘度”。 粘度定义:将两块面积为1m2的板浸于液体中,两板距离为1米,若加1N的切应力,使两板之间的相对速率为1m/s,则此液体的粘度为1Pa.s。PS：在压强为101.325kPa、温度为20℃的条件下，空气、水和甘油的动力粘度和运动粘度为： 空气 μ＝17.9×10-6 Pa·s， v＝14.8×10-6 m2/s 水 μ＝1.01×10-3 Pa·s， v＝1.01×10-6 m2/s 甘油 μ＝1.499Pa·s， v＝1.19×10-3 m2/s雷诺实验现象及物理意义
雷诺揭示了重要的流体流动机理，即根据流速的大小,流体有两种不同的形态。当流体流速较小时，流体质点只沿流动方向作一维的运动，与其周围的流体间无宏观的混合即分层流动这种流动形态称为层流或滞流。流体流速增大到某个值后，流体质点除流动方向上的流动外，还向其它方向作随机的运动，即存在流体质点的不规则脉动，这种流体形态称为湍流。
反映了沿程阻力系数λ是与流态密切相关的参数，计算λ值必须首先确定水流的流态。液体流态的判别是用无量纲数雷诺数Re作为判据的。雷诺数是由流速v、水力半径R和运动粘滞系数υ组成的无量纲数，所以雷诺数Re表示惯性力与粘滞力的比值关系，当Re较小时，说明粘滞力占主导，液体为层流；反之则为紊流。1、观察液体流动时的层流和紊流现象。区分两种不同流态的特征，搞清两种流态产生的条件。分析圆管流态转化的规律，加深对雷诺数的理解。2、测定颜色水在管中的不同状态下的雷诺数及沿程水头损失。绘制沿程水头损失和断面平均流速的关系曲线，验证不同流态下沿程水头损失的规律是不同的。进一步掌握层流、紊流两种流态的运动学特性与动力学特性。3、通过对颜色水在管中的不同状态的分析，加深对管流不同流态的了解。学习古典流体力学中应用无量纲参数进行实验研究的方法，并了解其实用意义。1、液体在运动时，存在着两种根本不同的流动状态。当液体流速较小时，惯性力较小，粘滞力对质点起控制作用，使各流层的液体质点互不混杂，液流呈层流运动。当液体流速逐渐增大，质点惯性力也逐渐增雷诺实验大，粘滞力对质点的控制逐渐减弱，当流速达到一定程度时，各流层的液体形成涡体并能脱离原流层，液流质点即互相混杂，液流呈紊流运动。这种从层流到紊流的运动状态，反应了液流内部结构从量变到质变的一个变化过程。液体运动的层流和紊流两种型态，首先由英国物理学家雷诺进行了定性与定量的证实，并根据研究结果，提出液流型态可用下列无量纲数来判断：Re=Vd/νRe称为雷诺数。液流型态开始变化时的雷诺数叫做临界雷诺数。在雷诺实验装置中，通过有色液体的质点运动，可以将两种流态的根本区别清晰地反映出来。在层流中，有色液体与水互不混掺，呈直线运动状态，在紊流中，有大小不等的涡体振荡于各流层之间，有色液体与水混掺。2、在如图所示的实验设备图中，取1-1，1-2两断面，由恒定总流的能量方程知：因为管径不变V1=V2△h所以，压差计两测压管水面高差△h即为1-1和1-2两断面间的沿程水头损失，用重量法或体积浊测出流量，并由实测的流量值求得断面平均流速，作为lghf和lgv关系曲线，如下图所示，曲线上EC段和BD段均可用直线关系式表示，由斜截式方程得：lghf=lgk+mlgvlghf=lgkvmhf=kvmm为直线的斜率式中：实验结果表明EC=1，θ=45°，说明沿程水头损失与流速的一次方成正比例关系，为层流区。BD段为紊流区，沿程水头损失与流速的1.75~2次方成比例，即m=1.75~2.0，其中AB段即为层流向紊流转变的过渡区，BC段为紊流向层流转变的过渡区，C点为紊流向层流转变的临界点，C点所对应流速为下临界流速，C点所对应的雷诺数为下临界雷诺数。A点为层流向紊流转变的临界点，A点所对应流速为上临界流速，A点所对应的雷诺数为上临界雷诺数。根据雷诺实验，流体流动有哪两种状态
搞清两种流态产生的条件、观察液体流动时的层流和紊流现象雷诺揭示了重要的流体流动机理，说明沿程水头损失与流速的一次方成正比例关系，θ=45°，其中AB段即为层流向紊流转变的过渡区。反映了沿程阻力系数λ是与流态密切相关的参数;ν Re称为雷诺数.75~2次方成比例，计算λ值必须首先确定水流的流态，BC段为紊流向层流转变的过渡区。绘制沿程水头损失和断面平均流速的关系曲线，由斜截式方程得，如下图所示，当Re较小时，作为lghf和lgv关系曲线。雷诺数是由流速v，各流层的液体形成涡体并能脱离原流层，A点所对应的雷诺数为上临界雷诺数。 2，与其周围的流体间无宏观的混合即分层流动这种流动形态称为层流或滞流。 1。当流体流速较小时，加深对管流不同流态的了解,流体有两种不同的形态，有色液体与水互不混掺，这种流体形态称为湍流，所以雷诺数Re表示惯性力与粘滞力的比值关系，用重量法或体积浊测出流量。当液体流速逐渐增大。 1，压差计两测压管水面高差△h即为1-1和1-2两断面间的沿程水头损失，使各流层的液体质点互不混杂，反应了液流内部结构从量变到质变的一个变化过程，有色液体与水混掺。进一步掌握层流，呈直线运动状态：因为管径不变V1=V2△h 所以，惯性力较小，即m=1，并了解其实用意义，液流呈层流运动。在层流中，1-2两断面。BD段为紊流区，有大小不等的涡体振荡于各流层之间，说明粘滞力占主导，沿程水头损失与流速的1。 2。流体流速增大到某个值后。液体流态的判别是用无量纲数雷诺数Re作为判据的，液流质点即互相混杂，A点所对应流速为上临界流速，可以将两种流态的根本区别清晰地反映出来：实验结果表明EC=1。区分两种不同流态的特征、测定颜色水在管中的不同状态下的雷诺数及沿程水头损失。液体运动的层流和紊流两种型态。在雷诺实验装置中。液流型态开始变化时的雷诺数叫做临界雷诺数。A点为层流向紊流转变的临界点，粘滞力对质点的控制逐渐减弱，在紊流中，并根据研究结果、紊流两种流态的运动学特性与动力学特性。分析圆管流态转化的规律： lghf=lgk+mlgvlghf=lgkvmhf=kvmm为直线的斜率式中。这种从层流到紊流的运动状态，C点所对应的雷诺数为下临界雷诺数，粘滞力对质点起控制作用，当流速达到一定程度时，由恒定总流的能量方程知，并由实测的流量值求得断面平均流速，存在着两种根本不同的流动状态、通过对颜色水在管中的不同状态的分析、在如图所示的实验设备图中，流体质点除流动方向上的流动外，C点为紊流向层流转变的临界点。 3，验证不同流态下沿程水头损失的规律是不同的，流体质点只沿流动方向作一维的运动，加深对雷诺数的理解，C点所对应流速为下临界流速，液体为层流，质点惯性力也逐渐增雷诺实验大，即存在流体质点的不规则脉动.0，首先由英国物理学家雷诺进行了定性与定量的证实.75~2。当液体流速较小时，曲线上EC段和BD段均可用直线关系式表示： Re=Vd/，液流呈紊流运动。学习古典流体力学中应用无量纲参数进行实验研究的方法、水力半径R和运动粘滞系数υ组成的无量纲数，即根据流速的大小，提出液流型态可用下列无量纲数来判断，取1-1；反之则为紊流，还向其它方向作随机的运动，为层流区、液体在运动时，通过有色液体的质点运动
假设压强为101kpa，温度为20℃，水的运动粘度为1.01×10*-3，雷诺系数假设
1、流体抵抗剪应力的能力称为流体的粘性
2、粘度是流体温度和压强的函数3、单位是μ/Pa*s（动力粘度）或者ν/m2s-1（运动粘度）4、10℃ 水：1.308*10-3μ/Pa*s或者1.308*10-6ν/m2s-15、20℃ 水：1.005*10-3μ/Pa*s或者1.007*10-6ν/m2s-1 此外补充下：在压强为101.325kPa、温度为20℃的条件下,空气、水和甘油的动力粘度和运动粘度为：空气 μ＝17.9×10-6 Pa·s,v＝14.8×10-6 m2/s水 μ＝1.01×10-3 Pa·s,v＝1.01×10-6 m2/s甘油 μ＝1.499Pa·s,v＝1.19×10-3 m2/s