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流体力学各无量纲数定义.

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雷诺数:

对于不同的流场,雷诺数可以有很多表达方式。这些表达方式一般都包括流体性质(密度、黏度)再加上流体速度和一个特征长度或者特征尺寸。这个尺寸一般是根据习惯定义的。比如说半径和直径对于球型和圆形并没有本质不同,但是习惯上只用其中一个。对于管内流动和在流场中的球体,通常使用直径作为特征尺寸。对于表面流动,通常使用长度。

管内流场

对于在管内的流动,雷诺数定义为:

式中:

? ? ? ? ? ? ? 是平均流速 (国际单位: m/s) 管直径(一般为特征长度) (m) 流体动力黏度 (Pa·s或N·s/m2) 运动黏度 ( 流体密度(kg/m3) 体积流量 (m3/s) 横截面积(m2) ρ) (m2/s)

假如雷诺数的体积流率固定,则雷诺数与密度(ρ)、速度的开方(比;与管径(D)和黏度(u)成反比

假如雷诺数的质量流率(即是可以稳定流动)固定,则雷诺数与管径(D)、黏度(u)成反比;与√速度(

)成正比;与密度(ρ)无关

)成正

平板流

对于在两个宽板(板宽远大于两板之间距离)之间的流动,特征长度为两倍的两板之间距离。

流体中的物体

对于流体中的物体的雷诺数,经常用Rep表示。用雷诺数可以研究物体周围的流动情况,是否有漩涡分离,还可以研究沉降速度。

流体中的球

对于在流体中的球,特征长度就是这个球的直径,特征速度是这个球相对于远处流体的速度,密度和黏度都是流体的性质。在这种情况下,层流只存在于Re=0.1或者以下。 在小雷诺数情况下,力和运动速度的关系遵从斯托克斯定律。

搅拌槽

对于一个圆柱形的搅拌槽,中间有一个旋转的桨或者涡轮,特征长度是这个旋转物体的直径。速度是ND,N是转速(周/秒)。雷诺数表达为:

当Re>10,000时,这个系统为完全湍流状态。[1] 过渡流雷诺数 对于流过平板的边界层,实验可以确认,当流过一定长度后,层流变得不稳定形成湍流。对于不同的尺度和不同的流体,这种不稳定性都会发生。一般来说,当

, 这里x是从平板的前边缘开始的距离,流速是边

界层以外的自由流场速度。

一般管道流雷诺数<2100为层流(又可称作黏滞流动、线流)状态,大于4000为湍流(又可称作紊流、扰流)状态,2100~4000为过渡流状态。

层流:流体沿着管轴以平行方向流动,因为流体很平稳,所以可看作层层相叠,各层间不互相干扰。流体在管内速度分布为抛物体的形状,面向切面的则是抛物线分布。因为是个别有其方向和速率流动,所以流动摩擦损失较小。 湍流:此则是管内流体流动状态为各分子互相激烈碰撞,非直线流动而是漩涡状,流动摩擦损失较大。

管道中的摩擦阻力

穆迪图说明达西摩擦因子f和雷诺数和相对粗糙度的关系

在管道中完全成形(fully developed)流体的压降可以用穆迪图来说明,穆迪图绘制出在不同相对粗糙度下,达西摩擦因子f和雷诺数及相对粗糙度

的关系,图中随着雷诺数的增加,管流由层流变为过渡流及湍流,管

流的特性和流体为层流、过渡流或湍流有明显关系。

流动相似性 两个流动如果相似的话,他们必须有相同的几何形状和相同的雷诺数和欧拉数。当在模型和真实的流动之间比较两个流体中相应的一点,如下关系式成立:

带m下标的表示模型里的量,其他的表示实际流动里的量。 这样工程师们就可以用缩小尺寸的水槽或者风洞来进行试验,与数值模拟的模型比对数据分析,节约试验成本和时间。实际应用中也许会需要其他的无量纲量与模型一致,比如说马赫数,福禄数。 雷诺数的一般值 ? 精子 ~ 1×10 ? 大脑中的血液流 ~1×10 ? 主动脉中的血流 ~ 1×10 32?4湍流临界值 ~ 2.3×103-5.0×104(对于管内流)到 106(边界层)

流体力学各无量纲数定义.

雷诺数:对于不同的流场,雷诺数可以有很多表达方式。这些表达方式一般都包括流体性质(密度、黏度)再加上流体速度和一个特征长度或者特征尺寸。这个尺寸一般是根据习惯定义的。比如说半径和直径对于球型和圆形并没有本质不同,但是习惯上只用其中一个。对于管内流动和在流场中的球体,通常使用直径作为特征尺寸。对于表面流动,通常使用长度。管内流场对于在管内的流动,
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