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层流与紊流

实际液体的流动由于粘滞性的存在而具有的两种不同的流动型态。一种是液体微团作有条不紊的线状运动,彼此不相混掺,为层流流动。另一种液体微团作随机运动,每个质点的轨迹都是曲折混乱的,在其前进过程中向横向发生混掺,流动中显示出很多涡旋,时而消灭时而发生,是为紊流流动。雷诺(O.Reynolds)于1883年发表了水流存在着这两种流动型态的试验结果。并以雷诺数作为判别的准数。

实际液体的流动由于粘滞性的存在而具有的两种不同的流动型态。一种是液体微团作有条不紊的线状运动,彼此不相混掺,为层流流动。另一种液体微团作随机运动,每个质点的轨迹都是曲折混乱的,在其前进过程中向横向发生混掺,流动中显示出很多涡旋,时而消灭时而发生,是为紊流流动。雷诺(O.Reynolds)于1883年发表了水流存在着这两种流动型态的试验结果。并以雷诺数作为判别的准数。V为水流特征流速;L为特征长度;v为液体的运动粘滞系数。在圆管均匀流中区分层流和紊流的临界雷诺数。图 1所示为圆玻璃管中,不同Re数情况下着色液体质点的流动情况。

图1 层流与紊流

不同流动型态,其能量损失的规律也不相同,设圆管中两个断面间的能量损失为hw,则hw 与断面平均流速V 间的关系将如图2所示。在层流时(相当于AB段)hw 与V 成正比,在紊流时hw 与V n成正比,指数n值在1.75~2.0之间,充分发展的紊流中n=2,0,由层流向紊流转变的过程中还存在一个过渡区。圆管中层流的流速分布为一个抛物线旋转体。紊流的流速分布,近似为一个对数分布曲线旋转体。在紊流中,由于质点的互相混掺,使各点的流速、压强等运动要素在空间上和时间上均具有随机性的脉动值。考虑了脉动值的紊流时均运动方程如下:

图2 能量损失hw与平均流速V的关系、

层流与紊流

层流与紊流

上述这组方程称为雷诺方程。它是描述紊流时均运动的基本方程式。式中:为质点所受单位质量力沿互相垂直的三个座标轴向的分量;为质点的压强;μ为液体动力粘滞系数;ρ为液体的密度;为质点时均流速沿三个座标轴向的分量;为质点脉动流速沿三个座标轴向的分量;为脉动流速产生的法向应力;为脉动流速产生的切向应力。这些附加应力统称为雷诺应力。