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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 (ρ) (m²/s) • 流体密度(kg/m³) • 体积流量 (m³/s) • 横截面积(m²) 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()成正比;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 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...

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