上海海洋大学工程学院.ppt

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1、上海海洋大学工程学院层流和湍流主讲教师:兰雅梅二、雷诺实验、层流和湍流一、问题的研究背景一、问题的研究背景粘性流体恒定总流的能量方程(伯努利方程)：z——单位重量流体具有的位置势能；——单位重量流体具有的压强势能；——单位重量流体具有的动能；——单位重量流体从断面1到断面2的能量损失(水头损失)。图1恒定总流的能量方程示意图早在19世纪初，水力学家发现：由于流体具有粘性，在不同的条件下，流体的断面流速分布不同，因此流体的能量损失规律也不同。图2不同条件下的圆管流速分布图1883年，英国科学家雷诺做了著名的雷诺实验，试图

2、找到流动中由于粘性存在而产生的能量损失规律。——雷诺实验雷诺生平简介雷诺(O.Reynolds，1842-1912)：英国力学家、理学家和工程师，于1883年发表了一篇经典性论文—《决定水流为直线或曲线运动的条件以及在平行水槽中的阻力定律的探讨》。这篇文章以实验说明水流分为层流与湍流两种形态，并提出以无量纲数Re作为判别两种流态的标准。二、雷诺实验、层流和湍流实验装置实验现象实验结论实验装置测压管测水头损失：（恒压水箱、墨盒、实验管段、计量水箱）层流:过渡流:湍流:实验现象(a)平稳而鲜明的细色线(b)振荡摇摆的波形色

3、线(c)色线破裂扩散层流湍流：上临界流速湍流层流：下临界流速层流过渡流湍流层流是指在流速较小时，流体质点作有条不紊的有序的直线运动，水流各层质点互不掺混。过渡流是层流与湍流之间的过渡阶段。湍流亦称紊流，是指随流速增大，流体质点作极不规则的运动，流层不稳定，质点相互掺混。例：毛细血管中血液流动，流速很小的细直管道流动等。例：输油输水管道，天然河道，大气环流，动脉中血液的流动等。用颜色水观察水流形态（可操作性差）雷诺等人发现：临界流速由量纲分析得到无量纲量：用临界流速判断（缺乏普遍性）（圆管流动：）实验结论1:流动形态判别

4、临界雷诺数Re数表示流体的惯性力和粘性力的量级之比粘性力——抑制小扰动，促使流动趋于稳定惯性力——使小扰动的作用保持和强化，促使流动趋于紊动流速较小（Re数较小）粘性力起主导作用层流流速较大（Re数较大）惯性力起主导作用湍流实验结论2:雷诺数Re实验结论3:与V的关系当流动为层流时沿程水头损失为，；当流动为湍流时沿程水头损失为，。小结层流（有序性）流速小颜色水不与清水掺混流体质点作有条不紊的运动湍流（无序性）流速大颜色水快速而完全地与清水掺混流体质点运动轨迹不规则