溫州雷諾自控閥門有限公司

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有效雷諾數(shù)定義

臨界雷諾數(shù)（critical Reynold’s number），當(dāng)流體在管道中、板面上或具有一定形狀的物體表面上流過時，流體的一部或全部會隨條件的變化而由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鳎藭r，摩擦系數(shù)、阻力系數(shù)等會發(fā)生顯著的變化。轉(zhuǎn)變點(diǎn)處的雷諾數(shù)即為臨界雷諾數(shù)。

有效雷諾數(shù)原理

雷諾通過圓管內(nèi)的黏性流動實驗，發(fā)現(xiàn)一定條件下層流轉(zhuǎn)化為湍流的控制因素是雷諾數(shù)Re。由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯睦字Z數(shù)稱為臨界雷諾數(shù)Reα。它不是一個固定的值，依賴于外部擾動的大小。如果所受的擾動小，Reα較大；反之，Reα較小。

實驗證明：Reα的下界約為2000，當(dāng)Re<2000時，黏性力的抑制作用占優(yōu)，不管外部擾動有多大，管內(nèi)流動總保持穩(wěn)定的層流狀態(tài)。當(dāng)Re>2000而小于某一上界時，流動出現(xiàn)不穩(wěn)定，在管內(nèi)(離入口較遠(yuǎn)處)，層流與湍流共存。當(dāng)Re大于某上界時，黏性力已無法抑制擾動的增長，導(dǎo)致流動失穩(wěn)，成為隨機(jī)的脈動運(yùn)動，即轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆l(fā)展的湍流。

從空間角度看，即使Re>Reα，在管內(nèi)中心沿流動方向也存在著層流區(qū)、過渡區(qū)和湍流區(qū)，這是因為管道入口處擾動由小到大的增長需要一定的時間，即需要經(jīng)歷一定的空間區(qū)域，湍流不是在某一空間位置突然發(fā)生的。

有效雷諾數(shù)雷諾試驗

早在19世紀(jì)初，就有人注意到流體在不同的流速范圍內(nèi)，斷面流速分布和能量損失規(guī)律等都不相同。1883年，英國物理學(xué)家雷諾通過實驗揭示了流體的兩種不同的流動狀態(tài)。

在水箱A的側(cè)面開一個小孔，接一根進(jìn)口為流線型管嘴的玻璃管丁，在玻璃管丁的末端裝有節(jié)門C以調(diào)節(jié)流量。在水箱的上部裝有儲存帶色液體的容器，用一根細(xì)管將帶色液體引至玻璃管丁的入口，其流量用節(jié)門E調(diào)節(jié)。

實驗前，先把水注入水箱中，利用溢流槽保持水位不變。然后，稍稍打開節(jié)門c，使水緩慢地由玻璃管T流出。打開節(jié)門E，使帶色液體也流入玻璃管中。此時在玻璃管丁內(nèi)看到一條細(xì)線形狀的帶色液線。這說明液體質(zhì)點(diǎn)在作互不干擾、各自成層的平行直線流動。

將節(jié)門C逐漸開大，玻璃管T內(nèi)水的流速也逐漸增大，起初帶色液線并無變化，直到管內(nèi)流速增大到某一數(shù)值時，帶色液線開始顫動和分散。

隨著玻璃管T內(nèi)流速的繼續(xù)增大，達(dá)一定數(shù)值后，帶色液線不再連續(xù)，而是立即分散并與水相混淆。這說明液體質(zhì)點(diǎn)已相互摻混，在雜亂無章地向前運(yùn)動。

通過雷諾實驗人們認(rèn)識到，流動存在以下三種不同的狀態(tài)。第一種，流體的質(zhì)點(diǎn)之間互不摻混、質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡為有條不紊的層狀流動，稱為層流；第二種，流體的質(zhì)點(diǎn)之間相互摻混、質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡為雜亂無章的流動，稱為紊流；第三種，表現(xiàn)為層流到紊流或紊流到層流的過渡，稱為過渡狀態(tài)。隨流速的變化而呈現(xiàn)不同的流動狀態(tài)，是自然界中一切流體運(yùn)動普遍存在的物理現(xiàn)象。2100433B

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