-
層流和紊流
鎖定
- 中文名
- 層流和紊流
- 外文名
- Laminar and turbulent
- 實 質
- 傳遞動量
- 正 文
- 雷諾數
層流和紊流雷諾數
表徵液流慣性力與粘滯力相對大小,可用以判別流動形態的無因次數,記作Re。雷諾數的定義式為:Re=ρvd/μ 式中ρ、μ為流體的密度和動力粘滯係數;v、d為流動的特徵速度和特徵長度。雷諾數小時,粘性效應在整個流場中起主要作用,流動為層流。雷諾數大時,紊動混摻起決定作用,流動為紊流。對於同樣的液流裝置,由層流轉換為紊流時的雷諾數恆大於紊流向層流轉換的雷諾數。前者稱上臨界雷諾數,其值隨試驗條件而變,很不穩定;後者稱下臨界雷諾數,其值比較穩定,對於一般條件下的管流(圓管直徑為特徵長度,斷面平均流速為特徵速度),約為2300。
層流和紊流層流
只存在粘滯切應力。在簡單的剪切流中,粘滯切應力:μ
式中
為剪切變形速度,亦即速度沿垂直方向的變化率;μ為動力粘滯係數,只和液體種類及温度有關的常數。此式表達了著名的牛頓內摩擦定律。層流中摩擦阻力及沿程水頭損失均與流速的一次方成正比,流速分佈呈拋物線型。圓管層流流速分佈如圖1所示。
層流和紊流紊流
又稱湍流。流體運動呈隨機性,即速度、壓強等均隨時間、空間作不規則的脈動,是紊流的基本特徵(圖2)。可採用時間平均法,將任一物理量的瞬時值分解為時均值與脈動值,即: 式中u∞、ū∞、u'分別為某一點處沿x方向的瞬時流速、時均流速與脈動流速;p、
、p'分別為某點處的瞬時壓強、時均壓強與脈動壓強;T為適當選取進行平均的時段。
紊流中除粘滯切應力τ1外,還有紊流附加切應力τt。由納維-斯托克斯方程導出紊流時均運動的雷諾方程,就會增添紊流附加應力,又稱雷諾應力。如紊流時均速度分量僅有ūx=ūx(y),則有:式中vt為紊動交換系數或渦旋運動粘滯係數。和運動粘滯係數υ不同,它不是單由物性決定的常數,而是和流動狀態有關的變量。