雷諾數

2021-02-19 流體力學Learning

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雷諾數Reynolds Number是無量綱數,用於表示流體微團的慣性力與粘性力之比。

雷諾數是保證流體物性參數(密度和粘度)、流動參數(流動特徵速度)和流動尺度(流動特徵長度) 之間關係的無因次數。雷諾數的表達式為:

Re=duρ/μ

其中,d為特徵長度,u為特徵流動速度,ρ為流體密度,μ為流體動力粘度。

① 流體力學無量綱分析dimensional analysis,基於動力相似保證模型實驗和原型現象物理本質相同;

② 描述流動狀態,區分流體的流動是層流還是湍流;

③ 計算流體流動過程中受到的阻力,用於計算阻力係數。

① 圓管內的流動——選擇圓管截面的直徑;

② 球體顆粒在流體中的運動——選擇顆粒的直徑;

③ 方形或其它非規則截面直管內的流動——直管截面的水力直徑。

在圓管流動中,區分層流和湍流兩種流態的臨界雷諾數Red=2000或2300;而在平板邊界層內,區分層流邊界層和湍流邊界層的臨界雷諾數Red=3.2×10^5。所以,Red=2000或2300並不是區分層流和湍流兩種流態的唯一數值,該數值僅用於判斷圓管流動的流動狀態。

對上式作無量綱化處理(無量綱化處理後,式中所有物理量均轉化為無量綱數),可得(具體過程不推導):

無量綱化處理後的N-S方程,從數學角度考量可知,只要保證模型實驗的雷諾數與原型現象的雷諾數一致,流動過程就是一致的。

N-S方程的表達的是慣性力、壓差力、粘性力和體積力的平衡:

當雷諾數>>1時,此時為蠕動流,意味粘性力遠大於慣性力,上式中的慣性力項可以忽略;

當雷諾數較大時,慣性力對流場的影響大於粘性力,此時可以忽略粘性力。

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