雷诺数

一．雷诺数

自然界的流动通常分为层流和湍流两种,Reynolds 最早在对圆管流动的实验中发现了从层流向湍流的转-披,并给出了判别流动状态的参数-雷诺数(Re), 其表达式为Re=UL/v 。其中U为流体运动的特征速度,L为特征长度,v为流体的运动粘性系数Re数反映流体运动惯性力与粘滞力的比值.在较小的Re数下,流动为层流,

流体各质点间互不混掺;随着Re数的增大,层流逐渐失去稳定性,

进而转披为湍流。在湍流状态下,流体各质点相互混掺,发生动量和能量的交换,导致流速分布曲线较层流时丰满、均匀。Reynolds 在他的实验中得到Re>2000时流动为湍流, 此时的特征长度为圆

管的直径D。

对于流体的流动状态如何, 何时出现湍流是一个很重要的问题。为了寻找湍流出现的条件, 英国实验流体力学家雷诺( O. Reynold) 用不同内径D 的管子作实验, 发现出现湍流的临界速

度v 总是与一个由若干参数组合而成的无单位纯数QDv/ G 的一定数值相对应, 后来德国物理学家索末菲( A. J.W. Sommerfeld) 将这个参数组合命名为雷诺( Reynold nummber) [ 2] , 用Re 表示。二．雷诺数的推导

粘性力(T) 由牛顿内磨擦定律：

③式就是雷诺相似准则, 其相似准数Re称为雷诺数。

雷诺相似准则是在粘性力( 内摩擦力) 和惯性力起主导作用时, 两个流动动力相似的准则。

三．雷诺数的意义与应用

雷诺数的重要意义：标度的对称性，雷诺数不仅提供了一个判断流体流动类型的标准, 而且具有如下重要的相似律: 如果两种流动的边界状况或边界条件相似且具有相同的雷诺数, 则流体就具有相同的动力学特征。即如果对直圆管中的流动, 尽管管子的粗细不同、流速不同和流体种类不同, 但只要雷诺数相同, 流动的动力学特征就是相同的, 称为/ 标度对称性。上述相似律具有重要的应用价值。如在水利工程的研究中, 可以制造尺寸远小于实物的模型, 只要使其中流动的雷诺数与实际情况接近, 模型中流体的流动就和实际的流动具有相似的特征, 这使模拟研究成为可能。因为雷诺数的数值增减不仅能引起多样和生动的转折, 而且它的数值本身还可以说明流动的相似性, 并由此导致许多重要的应用。

雷诺数的数值是判别流动状态的标准，在科学研究特别是实

验研究中, 一些无因次数本身就有着广泛的实用意义, 一个物理现象的发展过程常是由无因次数区分的而流体运动状态的几种形态—层流、过渡区和紊流状态就可由流动的雷诺数来区分。对于管道中的流动的大量观察和实验发现, 流动速度是决定流动状态的关键因素。流动由层流经过渡阶段变成紊流或相反的过程都可以找到状态发生突变时的流动速度,称为临界流速(Vcr)。但是不同的流体在不同的流道中流动, 其流动状态发生突变的临界流速是不相同的.在著名的雷诺实验中, 将管径(d) , 流体的动力粘度(μ), 流体密度(ρ)及流动速度(v) 统一归结为一个无因次数一雷诺数Re=ρvd/μ,并且证实了Re的数值可以作为判别流动状态

的标准。

参考文献：

[ 1] 章志刚, 周宝田, 徐, 等. 农科物理学( 上) [ M] . 上海: 上海交通大学出版社, 1990. 64- 69.

[ 2] 习岗, 李伟昌. 现代农业和生物学中的物理学[ M] . 北京: 科学出版社, 2001. 56- 65.

[ 3] 陈德万, 孙凡, 习岗, 等. 普通物理学[ M] . 北京: 中国农业出版社, 2000. 24- 25.

[ 4] Cooney D O. Biomedical Engineering principles[ M] . New York:Marcel Dekker Inc, 1976.

[ 5] 邝华俊, 刘骥, 吕景新, 等. 医用物理学( 第三版) [M] . 北京: 人民卫生出版社, 1990. 45- 52.

高雷诺数下双圆柱绕流的数值模拟_廖俊

A辑第16卷第1期 水动力学研究与进展 Ser.A,V ol.16,N o.1 2001年3月 JOURNAL OF HYDRODYNAM ICS M ar.,2001 文章编号:1000-4874(2001)01-0101-10 高雷诺数下双圆柱绕流的数值模拟 廖　俊1, 景思睿2 (1.华中理工大学能源科学与工程学院,湖北武汉430074; 2.西安交通大学能源与动力工程学院,陕西西安710049) 摘　要:　本文使用表面涡法研究高雷诺数下不同排列方式双圆柱绕流的流动状态。计算了 双圆柱在并列、串列及级列的情况下的各种流动结构,涡街的变化及作用在圆柱上的受力情况。本 文结果清楚地描述了双圆柱绕流复杂的流动状况,计算结果与实验显示的流动状况十分相似,斯 特罗哈数和阻力系数与实验结果符合得很好。 关　键　词:　表面涡方法;圆柱绕流;数值模拟;涡街 中图分类号:　O357.1 文献标识码:A 1　引言 对多圆柱的绕流研究在工程实际中有很重大的意义,例如管束的热交换,反应堆,高大建筑物,海洋平台及桥梁等。当流体流过圆柱体时,由于涡的脱落,使圆柱体上产生交变作用力。这种作用力导致柱体的振动及材料的疲劳,而使结构损坏,产生严重的后果。如水电站的蒸发塔,就曾经由于安装位置不正确,导致多个塔之间强烈影响、振动并使塔损坏,悬索桥也发生过类似事例,悬索共振而使桥倒塌。由于多个柱体流动状况复杂、多变,导致对于柱体上作用力大小和方向极其复杂,实验测量非常困难,在实际工程中就需要用数值模拟的方式确定其流动状况,估计出柱体上的作用力大小、方向,以便工程参数的确定。 在多圆柱绕流研究中最多的是双圆柱绕流,双圆柱绕流按圆柱的不同排列方式可以分为三类:串列,两圆柱相对来流方向呈前后排列;并列,两圆柱相对来流方向呈并排排列;级列,两圆柱呈前后交叉排列。 对于柱体绕流的数值模拟方式可以分两大类,一类为网格法,另一类为无网格法。网格法主要有有限差分法、有限元法。使用网格法求解N—S方程,在低雷诺数下与实验结果符合得很好。但是在高雷诺数下,其计算结果的可信赖程度就差了。因为在高雷诺数下,由于紊流的发展和边界层变薄及分离,需要新的紊流模型及更细的网格。 高雷诺数下,流体流动主要是旋涡运动和涡面变化,所以作为无网格法之一的涡方法在模拟高雷诺数流动时有突出的优点[1]　,因而近年来涡方法越来越受到人们的重视,从理论到应 收稿日期:　1997-12-17 作者简介:　廖俊(1973～),男,硕士。

雷诺实验(二)

雷诺实验（二） 一． 实验的目的和要求： 1. 观察层流，湍流的流态及其转换过程； 2. 测定临界雷诺数，掌握圆管流态判别方法； 3. 学习应用量纲分析法进行实验研究的方法，确定非圆管流态判别准数。 二． 实验装置说明与操作方法 供水流量由无极调速器调控，使恒压水箱始终保持微溢流的状态，以提高进口前水体的稳定度。本恒压水箱设有多道稳水隔板，可使稳水时间缩短到3到5分钟。有色水注入到实验管道，可根据有色水散开与否判别流态。为防止自循环水污染，有色水采用自行消色的专用色水。实验流量可由尾阀调节。 三． 实验原理 1883年，雷诺（Osborne Reynolds ）采用类似于本实验的实验装置，观察到液流中存在着层流和湍流两种流态：流速较小时，水流有条不紊的呈现层状有序的直线运动，流层间没有质点掺混，这种流态称为层流；当流速增大时，流体质点做杂乱无章的无序的直线运动，流层间质点掺混，这种流态称为湍流。雷诺实验还发现存在着湍流转变为层流的临界流速v 。v 。与流体的粘性，圆管的直径d 有关。若要判别流态，就要确定各种情况下的v 。值，需要对这些相关因素的不同量值作出排列组合再分别进行实验研究，工作量巨大。雷诺实验的贡献不仅在于发现了两种流态，还在于运用量纲分析的原理，得出了量纲为一的判据-----雷诺数Re,使问题得以简化。量纲分析如下： 因 根据量纲分析法有： 其中c k 是量纲为一的数，写成量纲关系为： 由量纲和谐原理，得11,21αα==-。 即 c c v k d β= 或 c c v d k β= 雷诺实验完成了管流的流态从湍流过度到层流是的临界值c k 值的测定，以及是否为常数的验证，结果表明c k 值为常数。于是，量纲为一的数 vd β 便成了适合于任何管径，任何牛顿流体的流态由湍流转变为层流的判据。由于雷诺的贡献， vd β 定名为雷诺数Re 。于是 有 式中，v ----- 流体速度； β---- 流体的运动粘度；（书中用ν表示，很近似于流体速度，故用此表示）

雷诺数对航空燃气涡轮流动及性能影响的研究进展_高丽敏大作业

雷诺数对航空燃气涡轮流动及性能影响的 研究进展 小明2014123456西北工业大学动力与能源学院 摘要随着航空发动机工作范围的不断扩大，考虑其进口条件变化对发动机内部流动及性能的影响非常必要。国内外众多相关试验和计算表明，雷诺数对发动机性能的影响越来越重要。本文就半个世纪以来研究雷诺数对航空燃气涡轮发动机影响的实验和数值模拟进行了评述，根据作者掌握的文献，着重在以下三个方面展开综述:雷诺数对航空发动机总体性能的影响、雷诺数对压气机特性和内部流场的影响以及低雷诺数下涡轮性能的研究。文中分别阐述了国内外学者在上述几个方面的主要成果，并进一步指出了当前探索雷诺数效应的不足及未来的研究方向。 关键词雷诺数，航空燃气涡轮发动机，研究进展，内部流动 1 引言 雷诺数Re是衡量流体粘性对航空发动机增压及涡轮部件性能影响的重要准则之一。一般来说，当涡轮喷气或涡轮风扇发动机进口气流的雷诺数Re大于某一临界值时,雷诺数对发动机各部件(包括风扇、压气机和涡轮)的影响可以忽略，因此增压部件的流量、压比和效率也将基本不受雷诺数变化的影响；但当发动机进口雷诺数小于此临界值时，雷诺数的变化对各部件的影响逐步显现，并对发动机各性能参数均带来直接影响。用于衡量雷诺数效应影响的临界值被称为临界雷诺数，而雷诺数的变化对发动机各部件工作性能的影响也被称为低雷诺数效应[1]。 随着飞机飞行高度升高，入口气流的压力和密度均显著降低，由由表1中各数据可见，相对于海平面，20km高空的大气压力仅为标准大气压力的5.46%，使得表征叶轮机雷诺数的叶弦雷诺数大大降低，流场特征也会偏离设计状态，可能会使发动机的工作性能严重恶化。不同的发动机流道和叶型设计具有不同的临界雷诺数（一般临界雷诺数的量级为105左右），且雷诺数效应对不同型号发动机的影响程度和方式也不尽相同。 表1 不同海拔高度大气物理性能变化[2] 图1-1是某型涡轮风扇发动机在正常条件下各个部件的雷诺数，可以明显的看到，低压涡轮的工作雷诺数处以整个发动机的最低水平[3]，压气机的工作雷诺数也不太高。典型的压气机雷诺数范围一般在1~7×105之间[4]。在高空环境下，空气的密度、压力会有很大程度的降低，从而导致雷诺数也降低，可能会低于临界雷诺数。在这种雷诺数下，会很大程度上影响发动机的性能。

卡门涡街的计算

卡门涡街的计算 一、现象简述 粘性不可压的定常来流绕过某些物体时，物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、并排列规则的双列线涡。开始时，这两列线涡分别保持自身的运动前进，接着它们互相干扰，互相吸引，而且干扰越来越大，形成非线性涡街。 卡门涡街的形成与雷诺数有关，雷诺数为40-300时，脱落的涡旋有周期规律，雷诺数大于300，涡旋开始随机脱落，随着雷诺数的增大，涡旋脱落的随机性也增大，最后形成湍流。现通过二维圆柱绕流问题对涡街现象进行数值模拟。 二、模型建立 几何模型建立如下，数值计算中雷诺数为200，即入口速度为 0.031m/s。 圆柱体半径为50mm.

三、创建网格 通过Ansys ICEM CFD进行预处理，生成二维平面网格。 观察发现，圆周周围网格较密，向外逐步变疏，同时圆周围有理想边界层。 四、计算结果 将所生成的网格导入FLUENT，检查网格质量合格后，通过二维求解器求解。因为模型设定雷诺数为200，所以选择层流模式进行流动模拟。默 认空气为默认材料，并采用系统默认的物性参数。进一步定义边界条件，设置速度入口和出流边界。应用SIMPLE速度-压强关联算法，通过二阶迎 风格式计算通量。初始化后，先进行基于压力的定常求解。 而后将上一阶段求解结果作为之后非定常求解的初值进一步求解。 求解结束后生成的涡量云图如下：

计算最后阶段的静压云图如下： 速度云图如下：

五、问题、收获总结 收获： 1、初步了解了ICEM CFD和FLUENT的操作使用 2、简单了解了卡门涡街现象 例如：通过监视升力能看到升力系数随时间不断波动，且波动幅度在 逐步增大，后来渐渐稳定。通过涡量云图看到了涡街的大致形态。并 在定常计算过程中，观察到监控残差在不断的快速上下大幅度波动， 且波动幅度越来越大。 存在的问题： 1、只能大体知晓软件操作流程，对其中的物理意义和数学方法还无法理 解。 2、对于计算所得的数据也是一头雾水 3、软件使用并不熟练。 例如： 监控升力画出的曲线是可以以图片格式导出的（write）,可是我在一开始的操作过程中并没有这样做，导致最后找不到曲线图。 最开始使用FLUENT，不会按时间间隔导出数据，导致最后只能显示第200个时间间隔的数据，最后不得不重新计算。 像这样，还如诸多问题，有待解决。 六、相关理论学习及遇到的问题 1、雷诺数是表征粘性影响的物理量，其大小决定了粘性流体流动特性。 雷诺数小于2000时，流体是层流，大于4000，为湍流，2000到4000 之间为过渡阶段。周期性卡门涡街对应的雷诺数为40-300。 2、除三类流动（准定常流动、流场变化速率很快的流动和流场变化速度 极快的流动）外某些状态反复出现的流动也被认为是非定常流动，例 如，脉流动（流场各点的平均速度和压强随时间周期性波动）。而卡门 涡街就属于脉流动的一种。 3、该算例雷诺数等于200条件下，涡脱落的周期是25秒。 4、涡量是流体速度矢量的旋度，是描写旋涡运动常用的物理量。 问题 1、每次脱落的一对涡有哪些异同？ 2、涡是不是不能单独一个出现？ 3、涡的定义与结构是什么？

雷诺数介绍

雷诺数介绍 测量管内流体流量时往往必须了解其流动状态、流速分布等。雷诺数就是表征流体流动特性的一个重要参数。 流体流动时的惯性力Fg和粘性力(内摩擦力)Fm之比称为雷诺数。用符号Re表示。Re是一个无因次量。 一般认为，Re≤2000时，流动型态为滞流；Re≥4000时，流动为湍流；Re数在两者之间，有时为滞流，有时为湍流，和流动环境有关。 对于一定温度的流体，在特定的圆管内流动，雷诺准数仅与流速有关。本实验是改变水在管内的速度，观察在不同雷诺数下流体流型的变化。 式中的动力粘度η用运动粘度υ来代替，因η＝ρυ，则Re=duρ/μ 如下：d 管子内径m；u 流速m／s； ρ 流体密度kg／m３；μ流体粘度Pa·s。 由上式可知，雷诺数Re的大小取决于三个参数，即流体的速度、流束的定型尺寸以及工作状态下的粘度。 用圆管传输流体，计算雷诺数时，定型尺寸一般取管道直径(D)，则 用方形管传输流体，管道定型尺寸取当量直径(Dd)。当量直径等

于水力半径的四倍。对于任意截面形状的管道，其水力半径等于管道戳面积与周长之比．所以长和宽分别为A和B的矩形管道，其当量直径对于任意截面形状管道的当量直径，都可按截面积的四倍和截面周长之比计算，因此，雷诺数的计算公式为

雷诺数小，意味着流体流动时各质点间的粘性力占主要地位，流体各质点平行于管路内壁有规则地流动，呈层流流动状态。雷诺数大，意味着惯性力占主要地位，流体呈紊流流动状态，一般管道雷诺数Re＜2000为层流状态，Re＞4000为紊流状态，Re＝2000～4000为过渡状态。在不同的流动状态下，流体的运动规律．流速的分布等都是不同的，因而管道内流体的平均流速υ与最大流速υmax的比值也是不同的。因此雷诺数的大小决定了粘性流体的流动特性。下图表示光滑管道的雷诺数ReD与速度比V/Vmax的关系。 光滑管的管道雷诺数Rep与速度比V/Vmax的关系 试验表明，外部条件几何相似时(几何相似的管子，流体流过几何相似的物体等)，若它们的雷诺数相等，则流体流动状态也是几何相似的(流体动力学相似)。这一相似规律正是流量测量节流装置标准化的基础。可见，雷诺数确切地反映了流体的流动特性是流量测量中常用的参数． 2．雷诺数 实验表明真正决定液流流动状态的是用管内的平均流速v、液体的运动粘度ν、管径d三个数所组成的一个称为雷诺数Re的无量纲数，即 上临界雷诺数和下临界雷诺数 临界雷诺数：

低雷诺数下板翅式换热器如何实现湍流,及其对性能的影响

板式换热器如何实现在低雷诺数下达到湍流状态，分析其流动和换热性能 田兵兵热能1101班 2011000949 1.板式换热器如何实现在低雷诺数下达到湍流状态？ 板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器。板片之间布满网状接触点, 流体沿着板间狭小通道流动, 其速度大小方向不断改变,形成强烈的湍流。 2.低Re下板式换热器传热器传热性能试验研究 板式换热器是一种高效、紧凑的换热设备，是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器。板片之间布满网状接触点，流体沿着板问狭小通道流动，其速度大小方向不断改变，形成强烈的湍流，从而破坏边界层，减少液膜热阻。因此，它与常规的管壳式换热器相比，在相同的流动阻力和泵功率消耗情况下，其传热系数要高出很多。 板式换热器的传热和阻力性能与板面的波纹形状、尺寸及板面的组合方式都有很大的关系，在1 200≤Re≤4 000时，测定不同流道高度对换热流动阻力的影响，发现Nu随着流道高度的增加而增加，而压力梯度降低，摩擦冈数增大，换热效果降低．得出窄流道换热效果更好的结论。马学虎研究了板式换热器在低如条件下(200≤Re≤1 300)的传热性能及阻力特性，并根据实验数据回归了相应板片传热系数，阻力系数的经验关联式，计算值与实验值有较好的一致性。 通常板式换热器的最佳板问流速是o．3～0．8 m／s，然而对于某些处理量小，压降要求比较严格的工况，流体只能在低流速下运行，而低盈下的传热具有其独特性，因此在低风情况下，研究板式换热器的传热是十分必要的，但目前这方面的研究较少。本文实验测定了板式换热器在较低RP条件下(15

fluent低雷诺系数k-e模型

fluent中的低雷诺数模型 在Fluent隐藏了很多湍流模型，在GUI面板中我们只能看到三种k-e模型。但是实际上低雷诺数湍流模型我们同样可以使用。在Fluent6.2中具体操作一共有三步： 第一步，先在viscous model面板中选择k-e模型； 第二步，键入下面的命令： define/models/viscous/turbulence-expert/low-re-ke 屏幕显示： /define/models/viscous/turbulence-expert> low-re-ke Enable the low-Re k-epsilon turbulence model? [no] 输入y 在模型选择面板中我们就可以看见低雷模型low-re-ke model了。默认使用第0种低雷诺数模型。 第三步，Fluent中提供6种低雷诺数模型，使用low-re-ke-index 命令设定一种。 low-re-ke-index Select which low-Reynolds-number -k-epsilon model is to be used. Six models are available: Index Model 0 Abid 1 Lam-Bremhorst 2 Launder-Sharma 3 Yang-Shih 4 Abe-Kondoh-Nagano 5 Chang-Hsieh-Chen 经过上述操作后得到的viscous model 的面板如下： 相对于标准的K-e 模型而言，低雷诺模型的应用没有那么广泛。 引入低雷诺数模型的目的：为了让数值计算从高雷诺数区域一直进行到固体壁面上，对标准的K-e 模型进行修正从而得到具有各种形式的低雷诺模型。陶文铨老师的数值传热学书上给出了16种不同的低雷诺模型形式。在fluent中提供的这六种应该也是其中的几种。 虽然目前涉及到的模拟中很少应用到这一低雷诺模型，以后若遇到需要用这个模型的时候，相信也会知道如何下手了。

开低雷诺数模型

可进行如下操作： 1）打开Fluent的k-e模型，这是关键。 2）在Fluent窗口中点击回车键，会出现如下信息： > adapt/ file/ report/ define/ grid/ solve/ display/ parallel/ surface/ exit plot/ view/ 3）复制其中的define并粘贴，然后回车，出现如下信息： /define> boundary-conditions/ materials/ periodic-conditions/ custom-field-functions/ mixing-planes/ profiles/ grid-interfaces/ models/ units injections/ operating-conditions/ user-defined/ 4）复制其中的models并进行和3）相同的操作，出现如下信息： /define/models> acoustics/ energy？steady/ crevice-model/ radiation/ unsteady-1st-order？ dpm/ solidification-melting？unsteady-2nd-order？dynamic-mesh? solver/ viscous/ 5）复制其中的viscous并进行和3）相同的操作，出现如下信息： /define/models/viscous> detached-eddy-simulation？kw-sst？near-wall-treatment？inviscid？kw-standard？reynolds-stress-model？ ke-realizable? laminar？spalart-allmaras？

流量计算公式

流量计算公式 （1）差压式流量计 差压式流量计是以伯努利方程和流体连续性方程为依据，根据节流原理，当流体流经节流件时（如标准孔板、标准喷嘴、长径喷嘴、经典文丘利嘴、文丘利喷嘴等），在其前后产生压差，此差压值与该流量的平方成正比。在差压式流量计中，因标准孔板节流装置差压流量计结构简单、制造成本低、研究最充分、已标准化而得到最广泛的应用。孔板流量计理论流量计算公式为： 式中，q f为工况下的体积流量，m3/s；c为流出系数，无量钢；β=d/D，无量钢；d为工况下孔板内径，mm；D为工况下上游管道内径，mm；ε为可膨胀系数，无量钢；Δp为孔板前后的差压值，Pa；ρ1为工况下流体的密度，kg/m3。 对于天然气而言，在标准状态下天然气积流量的实用计算公式为： 式中，qn为标准状态下天然气体积流量，m3/s；As为秒计量系数，视采用计量单位而定，此式As=3.1794×10-6；c为流出系数；E为渐近速度系数；d为工况下孔板内径，mm；F G为相对密度系数，ε为可膨胀系数；F Z为超压缩因子；F T为流动湿度系数；p1为孔板上游侧取压孔气流绝对静压，MPa；Δp为气流流经孔板时产生的差压，Pa。 差压式流量计一般由节流装置（节流件、测量管、直管段、流动调整器、取压管路）和差压计组成，对工况变化、准确度要求高的场合则需配置压力计（传感器或变送器）、温度计（传感器或变送器）流量计算机，组分不稳定时还需要配置在线密度计（或色谱仪）等。 （2）速度式流量计 速度式流量计是以直接测量封闭管道中满管流动速度为原理的一类流量计。工业应用中主要有： ①涡轮流量计：当流体流经涡轮流量传感器时，在流体推力作用下涡轮受力旋转，其转速与管道平均流速成正比，涡轮转动周期地改变磁电转换器的磁阻值，检测线圈中的磁通随之发生周期性变化，产生周期性的电脉冲信号。在一定的流量（雷诺数）范围内，该电脉冲信号与流经涡轮流量传感器处流体的体积流量成正比。涡轮流量计的理论流量方程为： 式中n为涡轮转速；q v为体积流量；A为流体物性（密度、粘度等），涡轮结构参数（涡轮倾角、涡轮直径、流道截面积等）有关的参数；B为与涡轮顶隙、流体流速分布有关的系数；C为与摩擦力矩有关的系数。 ②涡街流量计：在流体中安放非流线型旋涡发生体，流体在旋涡发生体两侧交替地分离释放出两列规则的交替排列的旋涡涡街。在一定的流量（雷诺数）范围内，旋涡的分离频率与流经涡街流量传感器处流体的体积流量成正比。涡街流量计的理论流量方程为：

雷诺试验 层流和湍流

§1.4.2流动类型与雷诺准数 现在开始介绍流体流动的内部结构。流动的内部结构是流体流动规律的一个重要方面。因为化工生产中的许多过程都和流动的内部结构密切联系。例如实际流体流动时的阻力就与流动结构紧密相关。其它许多过程，如流体的热量传递和质量传递也都如此。流动的内部结构是个极为复杂的问题，涉及面广。以下紧接着的内容只作简单的介绍，因而在许多方面只能限于定性的阐述。 1、流动类型——层流和湍流 1883年著名的雷诺实验揭示出流动的两种截然不同的型态。 雷诺实验装置如图所示： 在水箱内装有溢流装置，以维持水位稳定，水 箱的底部安装一个带喇叭型进口的直径相同的 玻璃管，管出口处装有一个阀门用来调节流量， 水箱上方安装有内有颜料的小瓶，有色液体可 经过细管子注入玻璃管内。在水流经过玻璃管 的过程中，同时把有色液体送到玻璃管以后的 管中心位置上。 雷诺实验观察到： ⑴、水流速度不大时，有色细流成一直线，与水不混合。此现象表明：玻璃管内的水的质点是沿着与管轴平行的方向作直线运动。即流体分层流动，层次分明，彼此互不混杂，掺和(唯其如此，才能使有色液体保持直线)这种流型叫层流或滞流。 ⑵、水流速度增大到某临界值时，有色细流开始抖动，弯曲，继而断裂，细流消失，与水完全混合在一起，整根玻璃管呈均匀颜色，此现象表明，玻璃管内的水的质点除了沿着管道向前运动外，各质点还作不规则的，杂乱的运动，且彼此间相互碰撞，相互混合，质点速度的大小和方向随时发生变化，这种流型叫湍流或紊流。 2、流型的判据—雷诺准数 对管流而言，影响流型的因素有，流道的几何尺寸(管径d)流动的平均速度u 和流体的物理性质(密度ρ和粘度μ)。 雷诺发现，可以将这些影响因素综合成一个无因次数群duρ/μ，作为流型的判据。此数群称为雷诺(Reynolds)数，以R e表示，即：

雷诺数(参考内容)

雷诺数 流体力学中，雷诺数是流体惯性力与黏性力比值的量度，它是一个无量纲量。 雷诺数较小时，黏滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺数较大时，惯性力对流场的影响大于黏滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的紊流流场。 目录 1 定义 o 1.1 管内流场 o 1.2 平板流 o 1.3 流体中的物体 ? 1.3.1 流体中的球 o 1.4 搅拌槽 ? 2 过渡流雷诺数 ? 3 流动相似性 ? 4 雷诺数的推导 ? 5 参见 ? 6 参考文献 定义 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 表示。用雷诺数可以研究物体周围的流对于流体中的物体的雷诺数,经常用Re p 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

风沙环境下高雷诺数壁湍流结构及其演化机理研究

附件1 “风沙环境下高雷诺数壁湍流结构及其演化机理研究” 风沙运动引发的灾害已经成为影响人类社会的一个重要环境问题。要实现对风沙灾害的有效预报和合理防治，必须深刻认识风沙灾害的成因和规律。从流动的角度来看，风沙运动实质上是颗粒物质与高雷诺数大气边界层湍流相互作用的结果，其特征雷诺数Reτ可达106~107量级。目前有关风沙运动研究的理论基础仅基于定常平均假设，导致理论预测与实际情况存在显著差异。为提高风沙运动的预测精度和防治水平，必须依靠湍流特别是高雷诺数壁湍流的最新研究进展和理论突破。 高雷诺数壁湍流在湍流统计特性、流动结构等方面与低雷诺数情况存在较大差异，而风沙运动作为一种典型的高雷诺数流动，为高雷诺数湍流研究提供了非常有用的基准。本项目拟以高雷诺数风沙运动为主要研究对象，通过理论分析、实验室模拟、数值仿真和野外观测相互结合的方式，研究高雷诺数壁湍流的流动特性和机理，揭示湍流拟序结构对起沙和沙尘输运的作用和影响规律，为风沙灾害的预报和防治提供理论支持、预测方法和工程依据，由此形成风沙运动研究的中国特色。 一、科学目标 以我国风沙灾害防治为背景，针对高雷诺数湍流边界层的一般规律、沙尘起沙机制和输运特性，开展高雷诺数壁湍流的理论分析、实验测量、数值模拟和野外观测，掌握高雷诺数壁湍流流动特性和雷诺数影响规律，认识高雷诺数壁湍流拟序结构及尺度作用机理，揭示沙尘起跳和长距离输运机理，构建适用于高雷诺数风沙预报的数值计算

方法和计算平台。由此促进高雷诺数湍流和风沙运动学科的交叉融合，提升我国在湍流和风沙物理学领域的创新能力。 二、研究内容 （一）壁湍流统计特性的雷诺数效应。 开展高雷诺数壁湍流的大气边界层净风场测量，结合中等雷诺数直接数值模拟和高雷诺数大涡模拟，研究壁湍流统计特性随雷诺数的变化规律和趋势，包括：雷诺数对平均速度型与卡门常数的影响；湍动能第二峰的产生条件及能量输运特性；风沙对湍流统计特性的影响。 （二）高雷诺数壁湍流结构的动力演化特性与尺度作用机理。 结合流动显示、三维流场测量和直接数值模拟等手段，研究高雷诺数壁湍流中大尺度拟序结构的起源、演化和相互作用的特性、规律和机理，包括：边界层内大尺度/超大尺度结构的生成和动力学演化过程；边界层内外区流动结构的相互作用机制；沙尘与湍流拟序结构的相互影响规律。 （三）考虑高雷诺数效应的风沙运动预报方法。 综合考虑在高雷诺数条件下出现的湍流脉动、大尺度结构等复杂因素，建立计及内外区相互作用的湍流模型，发展适用于高雷诺数风沙预报的新型预报方法，完成近地表风沙流形成与发展过程的模拟，较为准确地预测沙粒的扬起过程及输运特性。 三、资助期限5年（2015年1月至2019年12月） 四、资助经费2000万元 五、申请注意事项 （一）申请人应当认真阅读本项目指南和通告，不符合项目指南和通告的申请项目不予受理。 （二）申请书的附注说明选择“风沙环境下高雷诺数壁湍流结构

流体力学计算公式

1、单位质量力：m F f B B = 2、流体的运动粘度：ρ μ=v （μ[动力]粘度，ρ密度） 3、压缩系数：dp d dp dV V ρρκ?=?-=11（κ的单位是N m 2）体积模量为压缩系数的倒数 4、体积膨胀系数：dT d dT dV V v ρρα?-=?=11（v α的单位是C K ?1,1） 5、牛顿内摩擦定律：为液体厚）为运动速度，以应力表示为y u dy du dy du A T (,μτμ== 6、静止液体某点压强：为该点到液面的距离）h gh p z z g p p ()(000ρρ+=-+= 7、静水总压力： )h (为受压面积，为受压面形心淹没深度为静水总压力，A p ghA A p p c ρ== 8、元流伯努利方程;'2221112w h g p z g u g p z ++=++ρρ('w h 为粘性流体元流单位重量流体由过流断面1-1运动至过流断面2-2的机械能损失，z 为某点的位置高度或位置水头，g p ρ为测压管高度或压强水头，g u ρ2是单位流体具有的动能，u gh g p p g u 22'=-=ρ，u gh C g p p g C u 22'=-=ρC 是修正系数，数值接近于1） 9、总流伯努利方程:w h g v g p z g v g p z +++=++222 221221111αραρ(α为修正系数通常取1） 10、文丘里流量计测管道流量：)21)(41()()(42 122211g d d d k h k g p z g p z k Q -=?=+-+=πμρρμ 11、沿程水头损失一般表达式：g v d l h f 22 λ=（l 为管长，d 为管径，v 为断面平均流速，g 为重力加速度，λ为沿程阻力系数）

(完整版)雷诺数计算公式.doc

雷诺数计算 R e vD 其中 D 为物体的几何限度（如直径） 对于几何形状相似的管道，无论其 ρ、 v 、 D 、 η如何不同，只要比值 Re 相同，其流动情 况就相同 泊肃叶公式 管的半径 R 管的长度 l 两端压强 p 1 , p 2 流体的粘度 ( p p 2 ) r 2 2 rl dv 0 1 dr Q V p 1 p 2 R 4 8 l / p 1 p 2 Q V 8 l R 4 萨瑟兰 公式 Viscosity in gases arises principally from the molecular diffusion that transports momentum between layers of flow. The kinetic theory of gases allows accurate prediction of the behavior of gaseous viscosity. Within the regime where the theory is applicable: ? Viscosity is independent of pressure and ? Viscosity increases as temperature increases. James Clerk Maxwell published a famous paper in 1866 using the kinetic theory of gases to study gaseous viscosity. (Reference: J.C. Maxwell, "On the viscosity or

雷诺实验带数据处理

雷诺实验 一、实验目的 1. 观察层流和紊流的流态及其转换特征。 2. 通过临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则。 3. 掌握误差分析在实验数据处理中的应用。 二、实验原理 1、实际流体的流动会呈现出两种不同的型态：层流和紊流，它们的区别在于：流动过程中流体层之间是否发生混掺现象。在紊流流动中存在随机变化的脉动量，而在层流流动中则没有，如图1所示。 2、圆管中恒定流动的流态转化取决于雷诺数。雷诺根据大量实验资料，将影响流体流动状态的因素归纳成一个无因次数，称为雷诺数Re ，作为判别流体流动状态的准则 4Re Q D πυ = 式中 Q ——流体断面平均流量 , L s D ——圆管直径 , mm υ——流体的运动粘度 , 2m 在本实验中，流体是水。水的运动粘度与温度的关系可用泊肃叶和斯托克斯提出的经验公式计算 36((0.58510(T 12)0.03361)(T 12) 1.2350)10υ--=??--?-+? 式中 υ——水在t C ?时的运动粘度，2m s ； T ——水的温度，C ?。 3、判别流体流动状态的关键因素是临界速度。临界速度随流体的粘度、密度以及流道的尺寸不同而改变。流体从层流到紊流的过渡时的速度称为上临界流速，从紊流到层流的过渡时的速度为下临界流速。 4、圆管中定常流动的流态发生转化时对应的雷诺数称为临界雷诺数，对应

于上、下临界速度的雷诺数，称为上临界雷诺数和下临界雷诺数。上临界雷诺数表示超过此雷诺数的流动必为紊流，它很不确定，跨越一个较大的取值范围。而且极不稳定，只要稍有干扰，流态即发生变化。上临界雷诺数常随实验环境、流动的起始状态不同有所不同。因此，上临界雷诺数在工程技术中没有实用意义。有实际意义的是下临界雷诺数，它表示低于此雷诺数的流动必为层流，有确定的取值。通常均以它作为判别流动状态的准则，即 Re < 2320 时，层流 Re > 2320 时，紊流 该值是圆形光滑管或近于光滑管的数值，工程实际中一般取Re = 2000。 5、实际流体的流动之所以会呈现出两种不同的型态是扰动因素与粘性稳定作用之间对比和抗衡的结果。针对圆管中定常流动的情况，容易理解：减小 D ，减小 ，加大v 三种途径都是有利于流动稳定的。综合起来看，小雷诺数流动趋于稳定，而大雷诺数流动稳定性差，容易发生紊流现象。 6、由于两种流态的流场结构和动力特性存在很大的区别，对它们加以判别并分别讨论是十分必要的。圆管中恒定流动的流态为层流时，沿程水头损失与平均流速成正比，而紊流时则与平均流速的1.75～2.0次方成正比，如图2所示。 7 图1 图2 三种流态曲线

雷诺数计算公式之通用统一化改进设想带来的思考

雷诺数计算公式之通用统一化改进设想带来的思考 1 原雷诺数的定义及公式 对于圆管内流动，定义的Reynolds数（雷诺数）计算公式： （无量纲）（1）式中——流体的流速，m/s； ——圆管的管径，m； ——流体的运动粘度，即粘度/动力粘度（N·s/m2）与[质量]密度的比值，单位为m2/s。 猜想： 1.在流体流动附着或接触的交界面上，接触两者的性质参数会影响流动状 态，所以应考虑两者的物性参数对流动研究对象的影响，而不是单一流 体的参数。 2.界面上接触的两者的密度之差或比值，流通管道直径利用等效直径或等 效园周长或等效湿周（考虑实际湿周和与空气接触边长的非湿周粘滞作 用，非湿周可用系数修正效果），固体的硬度/弹性模量/屈服强度等应 考虑到公式中去，流体或被研究对象的响应特性参数也应考虑进去； 3.基于现有公式的改进或全新构建，通过数值实验加以最接近的验证或实 验验证。 基于上述分析可提出或构建类似：界面阻力系数——影响如喷射雾化质量/物体运动稳定状态/车辆高速稳定性； 应用领域：任何接触流动/滚动/复合接触的研究对象，都可以最后综合得出一个基于对象应用的界面综合阻力系数公式。如汽车行驶（地面与轮胎/车身与空气）/舰船航行（船身与水/船身与空气）。上述复合影响将统一到一起加以研究和解决，将会更加高效和便利。 2 原雷诺数应用变形公式 对于一般流动，习惯利用水利半径代替雷诺数公式中的，则广义雷诺数计算公式变为 （2） （3）式中——通流截面积，m2； ——通流截面与管道接触的湿周长度，m。对于液体，等于在通流截面上液体与固体接触的周界长度，不包括自由液面以上的气体与固体接触的部分；对于气体，等于通流截面的周界长度。

1雷诺数

实验八、雷诺实验 一、实验目的 1、观察流体在管内流动的两种不同流型。 2、测定临界雷诺数Re c 。 二、实验原理 流体流动有两种不同型态，即层流（或称滞流，Laminar flow ）和湍流（或称紊流，Turbulent flow ），这一现象最早是由雷诺（Reynolds ）于1883年首先发现的。流体作层流流动时，其流体质点作平行于管轴的直线运动，且在径向无脉动；流体作湍流流动时，其流体质点除沿管轴方向作向前运动外，还在径向作脉动，从而在宏观上显示出紊乱地向各个方向作不规则的运动。 流体流动型态可用雷诺准数（Re ）来判断，这是一个由各影响变量组合而成的无因次数群，故其值不会因采用不同的单位制而不同。但应当注意，数群中各物理量必须采用同一单位制。若流体在圆管内流动，则雷诺准数可用下式表示： μ ρ du = Re （1） 式中：Re —雷诺准数，无因次； d —管子内径，m ； u —流体在管内的平均流速，m ／s ； ρ—流体密度，kg ／m 3； μ—流体粘度；Pa ·s 。 层流转变为湍流时的雷诺数称为临界雷诺数，用Re c 表示。工程上一般认为，流体在直圆管内流动时，当Re ≤2000时为层流；当Re>4000时，圆管内已形成湍流；当Re 在2000至4000范围内，流动处于一种过渡状态，可能是层流，也可能是湍流，或者是二者交替出现，这要视外界干扰而定，一般称这一Re 数范围为过渡区。 式（1）表明，对于一定温度的流体，在特定的圆管内流动，雷诺准数仅与流体流速有关。本实验即是通过改变流体在管内的速度，观察在不同雷诺准数下流体的流动型态。 三、实验装置

大气边界层在高雷诺数下的模拟结果

大气边界层在高雷诺数下的模拟结果 3.1 不同亚格子模型对大气边界层数值模拟结果的影响 在不可压缩湍流中，亚格子涡粘模型采用分子粘性的形式[19]，即： 123ij ij t ij kk S τνδτ-=+ (1) 在公式(1)中，t ν为亚格子涡粘系数， _ij S 是可解尺度的变形率张量。可以看出，在涡粘模型中，加上涡粘系数后，就可以使用纳维斯托克斯方程直接数值计算，其中，涡粘系数是需要对其封闭的，可以有不同的形式。 将亚格子涡粘模型(1)代入到大涡数值模拟的控制方程中，可以得到大涡数值模拟控制方程[12]： _()()3i j j i kk j i j j i u u u u u p t x x x x x τνν--- --??????+=-+++?????? ， 1Re t νν=+ (2) _ 0i i u x ?=? (3) 可以看出，代入亚格子涡粘模型和涡扩散模型后，湍流控制方程的变化只是在分子扩散系数上加亚格子涡粘系数，下面给出亚格子涡粘系数的两种形式。 3.1.1 Smagorinsky 模式 在大涡模拟中将雷诺平均混合长度模式推广，得到原始的Smagorinsky 模式，混合长度模式的涡粘公式[20]为： '2 t u u l l y ν?<>∝∝? 令l =?，那么在二维空间中有： 2()2ij ij u S S y ?<>=<><>? 将上式推广到三维空间中可得到如下关系： 1 2 2(2)t ij ij l S S ν∝<><> 同样，令l =?，将平均运算改为过滤运算，并引入模型常数后，可将亚格子涡粘系数写成以下形式：

__222t S ij ij C S S ν=?<> (4) 在实际模拟计算中发现模型常数明显偏大,Smagorinsky 模式的致命缺点是耗散比较大，下面利用近壁阻尼函数，对Smagorinsky 系数进行修正，从而减少耗散[19]。 对Smagorinsky 系数S C 做如下修正： 0.18[1exp(/)]s C y A ++=-- 式中/y yu τν+=，26A +=，[1exp(/)]f y A ++=--称为近壁阻尼函数。 3.1.2 动力模式 涡粘[13]和涡扩散模式在工程计算中有普遍的应用。但因其导出过程以均匀各向同性湍流为基础，实际流动中的复杂湍流并不满足这些条件，所以通过对亚格子模型的改进，使这种模式适应局部湍流的结构，下面介绍的动力模式是经过改进的亚格子涡粘模型。 动力模式在模拟过程中使用了两次过滤，假定过滤过程是线性的，且有12?>?，由1?、2?过滤产生的亚格子应力和连续两次过滤产生的亚格子应力 可得到如下关系： 13ij kk ij D ij L L C M δ-= 因为上式为超定方程，所以不能直接计算系数D C ,但有以下几种方法来解决超定 问题[14]。第一个为变形率张量收缩法，即将上式两边同乘以可解尺度的变形率张量。但是实际计算表明，用这种方法计算的模式系数很不规则，而且计算过程中的稳定性较差；第二种为最小误差法，令这个超定方程两边的平方差最小，即： 2 103ij kk D ij D L L C M C ???--=????? 可得到： ij ij D ij ij M L C M M = (5) 在式(5)中，ij L 和流动的形态有关，ij M 和模式的形式有关。最小误差法比变形 率张量收缩法已经有很大改进，但是仍有缺陷：①模式系数D C 可能会出现负值， 导致计算结果发散；②分母可能很小，也导致计算结果发散。为了克服计算上的困难，采用平均系数法，对(5)式右端的分子和分母分别求系综平均，得到模式系数为：

流体主要计算公式

主要的流体力学事件有： 1738年瑞士数学家：伯努利在名著《流体动力学》中提出了伯努利方程。 1755年欧拉在名著《流体运动的一般原理》中提出理想流体概念，并建立了理想流体基本方程和连续方程，从而提出了流体运动的解析方法，同时提出了速度势的概念。 1781年拉格朗日首先引进了流函数的概念。 1826年法国工程师纳维，1845年英国数学家、物理学家斯托克思提出了著名的N-S方程。 1876年雷诺发现了流体流动的两种流态：层流和紊流。 1858年亥姆霍兹指出了理想流体中旋涡的许多基本性质及旋涡运动理论，并于1887年提出了脱体绕流理论。 19世纪末，相似理论提出，实验和理论分析相结合。 1904年普朗特提出了边界层理论。 20世纪60年代以后，计算流体力学得到了迅速的发展。流体力学内涵不断地得到了充实与提高。 理想势流伯努利方程 （3-14） 或（3-15） 物理意义:在同一恒定不可压缩流体重力势流中，理想流体各点的总比能相等即在整个势流场中，伯努利常数C 均相等。 （应用条件：“”所示） 符号说明 物理意义几何意义 单位重流体的位能（比位能）位置水头 单位重流体的压能（比压能）压强水头 单位重流体的动能（比动能）流速水头 单位重流体总势能（比势能）测压管水头

总比能总水头 二、沿流线的积分 1.只有重力作用的不可压缩恒定流，有 2.恒定流中流线与迹线重合： 沿流线（或元流）的能量方程： （3-16） 注意：积分常数C，在非粘性、不可压缩恒定流流动中，沿同一流线保持不变。一般不同流线各不相同（有旋流）。（应用条件：“”所示，可以是有旋流） 流速势函数（势函数）观看录像>> ?存在条件：不可压缩无旋流，即或 必要条件存在全微分d 直角坐标