流動的兩種形態(tài)與雷諾實驗

5液流形態(tài)與水頭損失

5.1水頭損失及其分類

5.2均勻流沿程水頭損失與水流阻力關(guān)系

5.3流動的兩種型態(tài)與雷諾實驗

5.4層流運動

5.5紊流運動

5.6紊流的沿程水頭損失

5.7局部水頭損失5.3液流運動的兩種型態(tài)

5.3.1雷諾實驗5.3.2液流流態(tài)的判斷5.3液流運動的兩種型態(tài)

5.3.1雷諾實驗5.3.2液流流態(tài)的判斷雷諾：O.OsborneReynolds(1842～1912)

英國力學(xué)家、物理學(xué)家和工程師，杰出實驗科學(xué)家

1867年-劍橋大學(xué)王后學(xué)院畢業(yè)

1868年-曼徹斯特歐文學(xué)院工程學(xué)教授

1877年-皇家學(xué)會會員

1888年-獲皇家勛章

1905年-因健康原因退休雷諾興趣廣泛，一生著述很多，近70篇論文都有很深遠的影響。論文內(nèi)容包括力學(xué)熱力學(xué)電學(xué)航空學(xué)蒸汽機特性等在流體力學(xué)方面最重要的貢獻：

1883年—發(fā)現(xiàn)液流兩種流態(tài)：層流和紊流，提出以雷諾數(shù)判別流態(tài)。

在流體力學(xué)方面最重要的貢獻：

1883年—發(fā)現(xiàn)流動相似律對于幾何條件相似的流動，即使其尺寸、速度、流體不同,只要雷諾數(shù)相同,

則流動是動力相似。

實際液體運動中存在兩種不同型態(tài)：層流和紊流不同型態(tài)的液流，水頭損失規(guī)律不同雷諾實驗揭示出雷諾試驗裝置顏色水hfl顏色水hfl打開下游閥門，保持水箱水位穩(wěn)定顏色水hfl再打開顏色水開關(guān)，則紅色水流入管道層流：紅色水液層有條不紊地運動，紅色水和管道中液體水相互不混摻（實驗）顏色水hfl下游閥門再打開一點，管道中流速增大紅色水開始顫動并彎曲，出現(xiàn)波形輪廓紅顏色水射出后，完全破裂，形成漩渦，擴散至全管，使管中水流變成紅色水。這一現(xiàn)象表明：液體質(zhì)點運動中會形成渦體，各渦體相互混摻。顏色水hfl下游閥門再打開一點，管中流速繼續(xù)增大顏色水hfl層流：流速較小時，各流層液體質(zhì)點有條不紊運動，相互之間互不混雜。顏色水hfl紊流：當(dāng)流速較大時，各流層的液體質(zhì)點形成渦體，在流動過程中，互相混雜。（紊流實驗）實驗時，結(jié)合觀察紅顏色水的流動，量測兩測壓管中的高差以及相應(yīng)流量，建立水頭損失hf

和管中流速v的試驗關(guān)系，并點匯于雙對數(shù)坐標(biāo)紙上。顏色水hfl顏色水hfl試驗按照兩種順序進行:(1)流量增大（2）流量減小試驗結(jié)果如下圖所示。AC

、ED：直線段CDAlg

v’kB層流紊流EAB

、DE：直線段BDAlg

vk層流紊流EBDAlg

vkClg

v’k60.3~63.4°45°層流過渡

紊流EBDAvkCv’k45°層流過渡紊流在雙對數(shù)坐標(biāo)上，點匯水頭損失和流速的關(guān)系為：θ2＝60.3°～63.4°Elg

vklg

v’kBDALg

vkCLg

v’k層流過渡紊流θ2＝60.3°～63.4°層流θ1

=45°

m=1紊流θ2=60.3~63.4°

m=1.75~2.00θ1＝45°E層流θ1

=45°

m=1紊流θ2=60.3~63.4°

m=1.75~2.00可見，欲求出水頭損失，必須先判斷流態(tài)。

5.3液流運動的兩種型態(tài)

實際液體運動中存在兩種不同型態(tài)：層流和紊流不同的型態(tài)的液流，水頭損失規(guī)律不同。5.3.1雷諾實驗5.3液流運動的兩種型態(tài)

5.3.1雷諾實驗5.3.2液流流態(tài)的判斷雷諾發(fā)現(xiàn)，判斷層流和紊流的臨界流速與液體密度、動力粘性系數(shù)、管徑關(guān)系密切，提出液流型態(tài)可用下列無量綱數(shù)判斷式中，Re為雷諾數(shù)，無量綱數(shù)。液流型態(tài)開始轉(zhuǎn)變時的雷諾數(shù)叫做臨界雷諾數(shù)下臨界雷諾數(shù)上臨界雷諾數(shù)BDALg

vk層流紊流下臨界流速ECDAB層流紊流上臨界流速Elg

v’kBDALg

vkC

lg

v’k層流過渡紊流θ2＝60.3°～63.4°θ1＝45°E大量試驗證明上臨界雷諾數(shù)不穩(wěn)定下臨界雷諾數(shù)較穩(wěn)定上臨界雷諾數(shù)隨液流來流平靜程度、來流有無擾動的情況而定。擾動小的液流其可能大一些。

大量試驗證明上臨界雷諾數(shù)不穩(wěn)定下臨界雷諾數(shù)較穩(wěn)定上臨界雷諾數(shù)：

將水箱中的水流充分攪動后再進行了實驗，測得上臨界雷諾數(shù)達約12000～20000大量試驗證明上臨界雷諾數(shù)不穩(wěn)定下臨界雷諾數(shù)較穩(wěn)定上臨界雷諾數(shù)：

Ekman1910年進行了實驗。實驗前將水箱中液體靜止幾天后，測得上臨界雷諾數(shù)達50000。大量試驗證明上臨界雷諾數(shù)不穩(wěn)定下臨界雷諾數(shù)較穩(wěn)定因此，用下臨界雷諾數(shù)判斷流態(tài)，實驗得到：

圓管Rek

＝2320明渠Rek

＝580Re

>Rek

＝2320紊流圓管dRe

<Rek

＝2320層流

Re>Rek

＝580紊流明渠bhm