《流体力学》课程教学资源（PPT讲稿）第6章 粘性流体管内流动

山东理工大学黏性流体6SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY管内流动6.3黏性流体的两种流动状态雷诺实验h

山东理工大学 6 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 黏性流体 管内流动 6 . 3 黏性流体的两种流动状态 雷诺实验

山东理工大学黏性流体6SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY管内流动实验结果分析层流状态（1）随着管内流速的增加，流体质点运动的混乱程度增大；2）流速较小时，流体质点无横向运动只是沿着管轴线在各自流层中做直线运开始颤动动，这种状态称为层流（3）管内流体质点做复杂的无规则运动这种流态称为瑞流紊流状态（4）无干扰时，流体流动状态由层流过渡到瑞流的速度极限值称为上临界速度，用表示。(5)实验反过来进行时，当流速降低到比更低的速度时，流态才能从流稳定地转变为层流，称该速度为下临界速度，用表示

山东理工大学 6 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 黏性流体 管内流动 实验结果分析： (1) 随着管内流速的增加，流体质点运动 的混乱程度增大； (2) 流速较小时，流体质点无横向运动， 只是沿着管轴线在各自流层中做直线运 动，这种状态称为层流。 (3) 管内流体质点做复杂的无规则运动， 这种流态称为湍流。 (4) 无干扰时，流体流动状态由层流过渡到湍流的速度极限值称为 上临界速度，用 表示。 (5) 实验反过来进行时，当流速降低到比 更低的速度时，流态才能 从湍流稳定地转变为层流，称该速度为下临界速度，用 表示。 cr v  cr v  cr v

山东理工大学黏性流体6SHANDONG UNIVERSITY OFTECHNOLOGY管内流动判断流动形态的依据雷诺数Re大量实验表明仅靠临界速度判断流态很不方便。粘度临界流速运动粘度增大，临界速度增大密度管道尺寸和形状管径增大，临界速度减小>雷诺经过分析研究，将这些物理量组成一个无因次数群，用Re表示，称为雷诺数，即流体通道或绕流物体尺寸OvpRe对于圆管u圆管内径avpRe=Ll

山东理工大学 6 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 黏性流体 管内流动 ➢ 大量实验表明仅靠临界速度判断流态很不方便。 临 界 流 速 判断流动形态的依据——雷诺数Re 粘度 密度 管道尺寸和形状——管径增大，临界速度减小 运动粘度增大，临界速度增大 ➢ 雷诺经过分析研究，将这些物理量组成一个无因次数群，用Re表示，称为雷诺数， 即 对于圆管     d lv = = Re Re 流体通道或绕流物体尺寸 圆管内径

黏性流体山东理工大学6SHANDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY管内流动》雷诺数作为判定流态的依据数值为2320dverdverpRe下临界雷诺数：LLDdv'erdvarp数值不稳定，可达13800上临界雷诺数：Re'ULL甚至更高判断：工程上将Rec作为判别层流和端流的准则(1)Re<Re层流；(2）Re。<Re<Re不稳定过渡状态;Re≤2320层流；(3)Re>Re流;Re>2320湍流；

山东理工大学 6 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 黏性流体 管内流动 ➢ 雷诺数作为判定流态的依据 下临界雷诺数： 上临界雷诺数：   cr cr cr dv dv Re = =   cr cr cr dv dv  =  Re = 数值为2320 数值不稳定，可达13800 甚至更高 工程上将 作为判别 层流和湍流的准则 Re  2320 层流； Re＞2320 湍流； 判断： Recr (1) 层流； (2) 不稳定过渡状态； (3) 湍流； Re＜Recr cr cr Re ＜Re＜Re cr Re＞Re

山东理工大学黏性流体6SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY管内流动pv2p惯性力pvIRe=物理意义黏性力VLdvpv212惯性力dtdv黏性力A=μVIdy由此可知雷诺数是惯性力与黏性力的比值。雷诺数的大小表示了流体在流动过程中惯性力和黏性力哪个起主导作用。雷诺数小，表示黏性力起主导作用，流体质点受黏性的约束，处于层流状态；雷诺数大表示惯性力起主导作用，黏性不足以约束流体质点的紊乱运动，流动便处于紊流状态

山东理工大学 6 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 黏性流体 管内流动 ➢ 物理意义 黏性力 惯性力 = = = Vl Vl V l     2 2 Re 2 2 V l dt dV 惯性力 = m =  A Vl dy dV 黏性力 =  =  由此可知雷诺数是惯性力与黏性力的比值。雷诺数的大小 表示了流体在流动过程中惯性力和黏性力哪个起主导作用。 ⚫ 雷诺数小，表示黏性力起主导作用，流体质点受黏性的 约束，处于层流状态； ⚫ 雷诺数大表示惯性力起主导作用，黏性不足以约束流体 质点的紊乱运动，流动便处于紊流状态