4.2流体运动的两种状态一层流与紊流雷诺实验：揭示了重要的流体流动机理，即根据流速的大小，流体有EA两中不同的形态。实验介绍：·水箱B，玻璃管G，阀门H，水箱I;·小水箱E，小活栓D；G（1）微开阀门H，开启小活栓D，可见红色液体形成一条明显的红线，与周围(a)清水并不互相混杂，如图。这种流动状态称为层流，，层流：流体质点不相互混杂，流体作有序的成层流动。．特点：1）有序性。水流呈层状流动，各层的质点互不混掺，质点作有序的直线运动。2）黏性占主要作用，遵循牛顿内摩擦定律。(a)资源与环境工程学院
资源与环境工程学院 4.2 流体运动的两种状态——层流与紊流 ➢ 雷诺实验：揭示了重要的流体流动机理，即根据流速的大小,流体有 两中不同的形态。 • 实验介绍： • 水箱B，玻璃管G，阀门H，水箱I； • 小水箱E，小活栓D； （1）微开阀门H，开启小活栓D，可见 红色液体形成一条明显的红线，与周围 清水并不互相混杂，如图。这种流动状态称为层流。 • 层流：流体质点不相互混杂，流体作有序的成层流动。 • 特点： 1）有序性。水流呈层状流动，各层的质点互不混掺，质点作有序的直 线运动。 2）黏性占主要作用，遵循牛顿内摩擦定律
4.2流体运动的两种状态一一层流与紊流（2）继续开启阀门H，管G中流速增大到一定值后，红色流线开始波动（图b）。继续逐渐开启H，先是个别地方发生断裂，最后与清水相互混杂、穿插形成紊乱流动（图c）。这种流动状态称为紊流CZVh，紊流：局部速度、压力等力学量在时间和空间中发生不规则脉动的流体运动。·特点：1）无序性、随机性、有旋性、混掺性。流体质点不再成层流动，而是呈现不规则紊动，流层间质点相互混掺，为无序的随机运动。2）紊流受黏性和紊动的共同作用，牛顿内摩擦定律不再适用。资源与环境工程学院
资源与环境工程学院 4.2 流体运动的两种状态——层流与紊流 （2）继续开启阀门H，管G中流速增大到一定值后，红色流线开始波 动（图b）。继续逐渐开启H，先是个别地方发生断裂，最后与清水 相互混杂、穿插形成紊乱流动（图c）。这种流动状态称为紊流。 • 紊流：局部速度、压力等力学量在时间和空间中发生不规则脉动的 流体运动。 • 特点： 1）无序性、随机性、有旋性、混掺性。流体质点不再成层流动，而是 呈现不规则紊动，流层间质点相互混掺，为无序的随机运动。 2）紊流受黏性和紊动的共同作用，牛顿内摩擦定律不再适用
4.2流体运动的两种状态一层流与紊流实验结论：（1）流速较低时，流体作层流运动；当流速增高到一定值时，流体作紊流运动。（2）由层流状态转变为紊流状态时的速度称为上临界流速，用v表示。由紊流状态转变为层流状态时的流速称为下临界流速，用v表示。实验证明>Vc°根据实验可得：当流速v>v时，流体为紊流运动：当<.时流体为层流运动；当V<v<时流态不稳定，处于过渡阶段，可能是层流也可能是紊流。过渡层流紊流v'Ve流速．视频：雷诺实验1，雷诺实验？资源与环境工程学院
资源与环境工程学院 4.2 流体运动的两种状态——层流与紊流 • 实验结论： （1）流速较低时，流体作层流运动；当流速增高到一定值时，流体作 紊流运动。 （2）由层流状态转变为紊流状态时的速度称为上临界流速，用v′c表示 。由紊流状态转变为层流状态时的流速称为下临界流速，用vc表示 。实验证明v′c ＞vc。 • 根据实验可得：当流速v＞v′c时，流体为紊流运动；当v＜vc时流体为 层流运动；当vc＜v＜ v′c时流态不稳定，处于过渡阶段，可能是层 流也可能是紊流。 • 视频：雷诺实验1，雷诺实验2 层流 紊流 流速 过渡 vc v′c
4.2流体运动的两种状态层流与紊流>4.2.2流动状态的判别标准一雷诺数流动状态的影响因素，除了流速外，还有密度p、粘度u、管径d等。进一步分析雷诺实验可推知：临界流速与密度p和管径d成反比与粘度u成正比。uv.a=ReV.ReoaRe一无量纲常数，称为下临界雷诺数下临界雷诺数是紊流到层流时的临界雷诺数，是流态的判别标准。>对几何形状相似的一切流体运动来说，其下临界雷诺数是相等的。同理有上临界雷诺数：ReV由层流到紊流时的临界雷诺数。它易受外界于扰，数值不稳定。流态判别一用下临界雷诺数。资源与环境工程学院
资源与环境工程学院 4.2 流体运动的两种状态——层流与紊流 ➢ 4.2.2 流动状态的判别标准—雷诺数 • 流动状态的影响因素，除了流速外，还有密度ρ、粘度μ、管径d等。 • 进一步分析雷诺实验可推知：临界流速与密度ρ和管径d成反比与粘 度μ成正比。 • Rec—无量纲常数，称为下临界雷诺数。 • 下临界雷诺数是紊流到层流时的临界雷诺数，是流态的判别标准。 ➢ 对几何形状相似的一切流体运动来说，其下临界雷诺数是相等的。 • 同理有上临界雷诺数： • 由层流到紊流时的临界雷诺数。它易受外界干扰，数值不稳定。 • 流态判别——用下临界雷诺数。 Re c c v d = Re c c v d = Re c c v d =
4.2流体运动的两种状态层流与紊流圆管流：Re.=2320，则:层流流Re<2320Re>2320实际工程中取Re.一2000，则层流紊流Re<2000Re>2000当过水断面为非圆断面时用水力半径R=A/x作为特征长度其临界雷诺数Re.=500,则层流Re<500紊流Re>500则：明渠流：取Re.=300，层流Re<300紊流Re>300资源与环境工程学院
资源与环境工程学院 4.2 流体运动的两种状态——层流与紊流 • 圆管流 ：Rec ＝2320，则： • Re<2320 层流 Re>2320 紊流 • 实际工程中取Rec ＝2000，则： • Re<2000 层流 Re>2000 紊流 • 当过水断面为非圆断面时 • 用水力半径R＝A/χ作为特征长度 • 其临界雷诺数Rec ＝500,则: • Re<500 层流 • Re>500 紊流 • 明渠流: 取Rec ＝300， 则： • Re<300 层流 • Re>300 紊流