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臨界雷諾數
鎖定
- 中文名
- 臨界雷諾數
- 外文名
- critical Reynolds FlUmber
- 所屬領域
- 空氣動力學
- 定 義
- 轉變點處的雷諾數
- 相關試驗
- 雷諾試驗
- 研究對象
- 流體
臨界雷諾數由來
雷諾根據大量的實驗發現,由層流轉變為湍流的轉變過程非常複雜,不僅與流速v有關,而且還與流體密度ρ、粘滯係數μ和物體的某一特徵長度d例如管道直徑、機翼寬度、處於流體中的球體半徑等)有關。他綜合以上各方面的因素,引入一個無量綱的量ρvd/μ,後人把這無量綱的參數命名為“雷諾數”。流體的流動狀態由雷諾數決定,雷諾數小時作層流,雷諾數大時作湍流。換言之:流速越大,流過物體表面距離愈長,密度越大,層流邊界層便愈容易變成湍流邊界層。相反,粘性越大,流動起來便愈穩定,愈不容易變成湍流邊界層。流體由層流向湍流過渡的雷諾數,叫做臨界雷諾數,記作Re。
對於圓形管道引入 Re= pvd/μ。實驗表明,流體通過圓形管道時其臨界雷諾數為Re≈2000—2600;通過光滑的同心環狀縫隙時 Re=1100;而在滑閥閥口處,Re=260。
臨界雷諾數原理
雷諾通過圓管內的黏性流動實驗,發現一定條件下層流轉化為湍流的控制因素是雷諾數Re。由層流轉變為湍流的雷諾數稱為臨界雷諾數Reα。它不是一個固定的值,依賴於外部擾動的大小。如果所受的擾動小,Reα較大;反之,Reα較小。
實驗證明:Reα的下界約為2000,當Re<2000時,黏性力的抑制作用佔優,不管外部擾動有多大,管內流動總保持穩定的層流狀態。當Re>2000而小於某一上界時,流動出現不穩定,在管內(離入口較遠處),層流與湍流共存。當Re大於某上界時,黏性力已無法抑制擾動的增長,導致流動失穩,成為隨機的脈動運動,即轉變為完全發展的湍流。
從空間角度看,即使Re>Reα,在管內中心沿流動方向也存在着層流區、過渡區和湍流區,這是因為管道入口處擾動由小到大的增長需要一定的時間,即需要經歷一定的空間區域,湍流不是在某一空間位置突然發生的。
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臨界雷諾數雷諾試驗
早在19世紀初,就有人注意到流體在不同的流速範圍內,斷面流速分佈和能量損失規律等都不相同。1883年,英國物理學家雷諾通過實驗揭示了流體的兩種不同的流動狀態。
在水箱A的側面開一個小孔,接一根進口為流線型管嘴的玻璃管丁,在玻璃管丁的末端裝有節門C以調節流量。在水箱的上部裝有儲存帶色液體的容器,用一根細管將帶色液體引至玻璃管丁的入口,其流量用節門E調節。
實驗前,先把水注入水箱中,利用溢流槽保持水位不變。然後,稍稍打開節門c,使水緩慢地由玻璃管T流出。打開節門E,使帶色液體也流入玻璃管中。此時在玻璃管丁內看到一條細線形狀的帶色液線。這説明液體質點在作互不干擾、各自成層的平行直線流動。
將節門C逐漸開大,玻璃管T內水的流速也逐漸增大,起初帶色液線並無變化,直到管內流速增大到某一數值時,帶色液線開始顫動和分散。
隨着玻璃管T內流速的繼續增大,達一定數值後,帶色液線不再連續,而是立即分散並與水相混淆。這説明液體質點已相互摻混,在雜亂無章地向前運動。