2020-12-28 16:56:10

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流体力学中,雷诺数是流体惯性力与黏性力比值的量度,它是一个无量纲数。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。

基本信息

  • 中文名

    雷诺数

  • 外文名

    Reynolds number

  • 属性

    无量纲数

  • 符号

    Re

  • 计算公式

    Re=ρvd/μ

折叠 编辑本段 基本概念

雷诺数雷诺数雷诺数[1](Reynolds number)一种可用来表征流体流动情况的无量纲数,以Re表示,Re=ρvd/η,其中v、ρ、η分别为流体的流速、密度与黏性系数,d为一特征长度。例如流体流过圆形管道,则d为管道直径。利用雷诺数可区分流体的流动是层流或湍流,也可用来确定物体在流体中流动所受到的阻力。例如,对于小球在流体中的流动,当Re比“1”小得多时,其阻力f=6πrηv(称为斯托克斯公式),当Re比“1”大得多时,f′=0.2πr2v2而与η无关。

流体力学中表征粘性影响的相似准数。为纪念O.雷诺而命名,记作Re。Re=ρvL/μ,ρ、μ为流体密度和粘度,v、L为流场的特征速度和特征长度。对外流问题,v、L一般取远前方来流速度和物体主要尺寸(如机翼弦长或圆球直径);内流问题则取通道内平均流速和通道直径。雷诺数表示作用于流体微团的惯性力与粘性力之比。两个几何相似流场的雷诺数相等,则对应微团的惯性力与粘性力之比相等。雷诺数越小意味着粘性力影响越显著,越大则惯性力影响越显著。雷诺数很小的流动(如润滑膜内的流动),其粘性影响遍及全流场。雷诺数很大的流动(如一般飞行器绕流),其粘性影响仅在物面附近的边界层或尾迹中才是重要的。在涉及粘性影响的流体力学实验中,雷诺数是主要的相似准数。但很多模型实验的雷诺数远小于实物的雷诺数,因此研究修正方法和发展高雷诺数实验设备是流体力学实验研究的重要课题。

折叠 编辑本段 研究内容

雷诺数是流体力学中表征粘性影响的相似准数。为纪念O.雷诺而命名,记作Re。Re=ρvL/μ,ρ、μ为流体密度和动力粘度,v、L为流场的特征速度和特征长度。对外流问题,v、L一般取远前方来流速度和物体主要尺寸(如机翼弦长或圆球直径);内流问题则取通道内平均流速和通道直径。雷诺数表示作用于流体微团的惯性力与粘性力之比。两个几何相似流场的雷诺数相等,则对应微团的惯性力与粘性力之比相等。雷诺数越小意味着粘性力影响越显著,越大则惯性力影响越显著。雷诺数很小的流动(如润滑膜内的流动),其粘性影响遍及全流场。雷诺数很大的流动(如一般飞行器绕流),其粘性影响仅在物面附近的边界层或尾迹中才是重要的。在涉及粘性影响的流体力学实验中,雷诺数是主要的相似准数。但很多模型实验的雷诺数远小于实物的雷诺数,因此研究修正方法和发展高雷诺数实验设备是流体力学实验研究的重要课题。

折叠 编辑本段 计算方法

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。

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(也称湍流)流动状态,一般管道雷诺数Re<2300为层流状态,Re>4000为紊流状态,Re=2300~4000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。

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。

折叠 编辑本段 典型雷诺数

普通航空飞机:5 000 000

小型无人机:400 000

海鸥:100 000

滑翔蝴蝶:7000

圆形光滑管道:2320

橡胶管道:1600~2100

精子:0.0001

大脑中的血液流 :100

主动脉中的血流 1000

参考资料

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