雷诺试验 层流和湍流
雷诺实验(二)
雷诺实验（二）一． 实验的目的和要求：1. 观察层流，湍流的流态及其转换过程；2. 测定临界雷诺数，掌握圆管流态判别方法；3. 学习应用量纲分析法进行实验研究的方法，确定非圆管流态判别准数。
二． 实验装置说明与操作方法供水流量由无极调速器调控，使恒压水箱始终保持微溢流的状态，以提高进口前水体的稳定度。
本恒压水箱设有多道稳水隔板，可使稳水时间缩短到3到5分钟。
有色水注入到实验管道，可根据有色水散开与否判别流态。
为防止自循环水污染，有色水采用自行消色的专用色水。
实验流量可由尾阀调节。
三． 实验原理1883年，雷诺（Osborne Reynolds ）采用类似于本实验的实验装置，观察到液流中存在着层流和湍流两种流态：流速较小时，水流有条不紊的呈现层状有序的直线运动，流层间没有质点掺混，这种流态称为层流；当流速增大时，流体质点做杂乱无章的无序的直线运动，流层间质点掺混，这种流态称为湍流。
雷诺实验还发现存在着湍流转变为层流的临界流速v 。
v 。
与流体的粘性，圆管的直径d 有关。
若要判别流态，就要确定各种情况下的v 。
值，需要对这些相关因素的不同量值作出排列组合再分别进行实验研究，工作量巨大。
雷诺实验的贡献不仅在于发现了两种流态，还在于运用量纲分析的原理，得出了量纲为一的判据-----雷诺数Re,使问题得以简化。
量纲分析如下：因根据量纲分析法有：其中c k 是量纲为一的数，写成量纲关系为：由量纲和谐原理，得11,21αα==-。
即c c v kd β= 或 c c v dk β=雷诺实验完成了管流的流态从湍流过度到层流是的临界值c k 值的测定，以及是否为常数的验证，结果表明c k 值为常数。
于是，量纲为一的数 vdβ 便成了适合于任何管径，任何牛顿流体的流态由湍流转变为层流的判据。
由于雷诺的贡献，vd β 定名为雷诺数Re 。
于是有式中，v ----- 流体速度； β---- 流体的运动粘度；（书中用ν表示，很近似于流体速度，故用此表示）d ---- 圆管直径；V q ----- 圆管内过流流量；K --- 计算常数，4K d πβ=当流量由大逐渐变小，流态由湍流变为层流，对应一个下临界雷诺数 1Re c ，当流量由0逐渐增大，流态从层流变为湍流，对应一个上临界雷诺数11Re c 。
实验九 雷诺数的测定与流型观察
实验九 雷诺数的测定与流型观察一、实验目的1. 观察流体在管内流动的两种不同型态。
2. 确定临界雷诺数Re 。
二、基本原理1. 流体在管内流动时，一般情况下，不是处于滞流（层流）就是处于湍流（紊流）状态。
滞流时，流体质点运动互相平行，不同流体层间的质点彼此不发生穿插混合。
湍流时，流体质点向各个方向作不规则运动，但流体主体仍向某一规定方向流动。
判定流型的准数称为雷诺准数，以Re 表示。
圆直管中，Re ＜2000时属于层流；Re ＞4000时则属于湍流。
Re 在2000至4000之间时，流动处于一种过渡状态，可能为层流，也可能为湍流，或是二者交替出现，为外界条件所左右。
一般情况下把滞流变为湍流的临界情况的Re 称为上临界Re 数。
而把由湍流变为滞流的临界情况的Re 称为下临界Re 数。
二者一般是不相等的。
Re 以下式表示：μρdu R e =式中：d ——管子内径，m ； u ——流速，m/s ；ρ——流体密度，kg/m 3； μ——流体黏度，Pa ·s 。
因为流体的粘度和密度与流体的温度有关，所以在测定Re 数的过程中，还必须知道流体的温度，流体在管道内流动，若已知d 、ρ、μ，则测定出由滞流变为湍流时的临界速度即可计算出临界雷诺数Re 的值。
实验观察过程中，影响流动状态的因素很多，入口条件、有无振动现象、流量计调节速度快慢等都会对流体流动造成影响。
2. 流体进入圆管，以均匀一致的速度u 流动，由于流体粘性的影响，相邻的流体层间产生摩擦力，使流体流动速度发生变化，在垂直流体流动方向产生速度梯度du/dy，从而形成速度分布。
层流时速度分布为抛物线，湍流时则为指数曲线（顶部较平坦）。
实验时，通过红墨水示踪，即可观察到不同的流动型态。
三、实验装置如图所示，，实验时水由水箱1进入实验玻璃试验管2，水量由进水阀6控制，水箱内设有进水稳流装置5及溢流口，以维持液面平稳恒定，多余的水由溢流口管10排出，以保证进水阀6开度不变时通过实验试验管的水流量不变，即稳定流动。
雷诺系数实验
雷诺系数一、实验目的1、观测水的层流和湍流的形态、特征和判别准则。
2、学习测量和计算流体的临界雷诺数和雷诺数。
二、实验原理雷诺实验揭示了粘性流体在流动过程中存在两种截然不同的流动状态：层流的湍流。
雷诺系数是判别两种流动状态的重要理论依据，它是流体惯性力和粘性力的比值，它是一个无固次化的量。
雷诺系数较小时，粘滞力对流场的影响大于惯性力，流动中流速的扰动会因粘滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺系数较大时，惯性力对流场的影响大于粘滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展，增强，形成湍流，不规则的湍流流场。
三、实验内容和步骤1、缓慢调节水流控制阀，观察透明水管中红色水流线的变化，观察水的层流态，湍流态的特征；（如图1所示）图13、找出层流和湍流的转换临界点，在临界点测流水的流速，往复测量三次（如图2），将实验数据记录于表1；图24、表1管径d=14.3mm运动粘度3、根据实验数据计算出水的临界雷诺系数；由连续方程vA=Q带入第一组数据有=0.249m/s带入第一组数据有=0.291m/s带入第一组数据有=0.291m/s平均雷诺系数为：Re=四、实验结论本次试验利用雷诺装置再现了测量雷诺系数的过程。
在实验中，我们观察红色水流线在流场中的状态，理解了层流和湍流的流动特征。
当水流流速增大时，红色水流线由稳定细小着色流束变到出现波纹最后完全掺杂到水流中。
经过对实验数据的处理，我们根据雷诺系数的方程计算出有层流变为湍流的临界雷诺系数Re=3933，此数据与理论值有所区别，由实验误差造成。
误差来源有实验设备本身的系统误差和测量量杯的误差以及读数的随机误差，另外接水时会有水量损失，误差最主要原因在于由层流变为湍流的临界点较难控制，并且此临界系数会随实验条件变化较大。
因此在实验误差允许的范围内，此实验所得的雷诺系数是合理的。
层流 湍流 雷诺数
层流湍流雷诺数
（实用版）
目录
一、层流与湍流的概念
二、雷诺数的定义与计算
三、雷诺数在流体力学等领域的应用
四、总结
正文
一、层流与湍流的概念
层流和湍流是流体力学中两种不同的流动状态。
层流是指流体在管道或容器内按照层次分布流动，各层次之间互不干扰，形成整齐的流动状态。
湍流则是指流体在管道或容器内呈现杂乱无章的流动状态，流体分子之间发生剧烈的碰撞和混合。
二、雷诺数的定义与计算
雷诺数（Re）是一个无量纲数，用来描述流体流动状态，是流体力学中重要的概念之一。
雷诺数的计算公式为：
Re = ρvL/μ
其中，ρ是流体密度，v 是流体流速，L 是特征长度（如管道直径），μ是流体的动力粘度。
雷诺数可以反映流体内部的流动规律，当雷诺数较小时，流体呈现层流状态；当雷诺数较大时，流体呈现湍流状态。
三、雷诺数在流体力学等领域的应用
雷诺数广泛应用于流体力学、空气动力学、船舶工程、热工等领域。
在实际应用中，根据雷诺数的大小，可以判断流体的流动状态，从而进行合理的设计和优化。
例如，在设计飞机翼型时，需要保证流体在翼型上的
流动状态为层流，以减少阻力，提高飞行效率。
而在设计热交换器时，需要根据雷诺数选择合适的流速和管道直径，以实现高效的热传递。
四、总结
层流和湍流是流体力学中两种不同的流动状态，雷诺数是描述这两种状态的重要参数。
通过计算雷诺数，可以判断流体的流动状态，从而进行合理的设计和优化。
雷诺流动形态实验报告
一、实验目的1. 观察流体流动过程中不同的流动形态及其变化过程；2. 测定流动形态变化时的临界雷诺数；3. 理解雷诺数与层流、湍流的关系；4. 掌握实验数据处理方法。
二、实验原理雷诺实验揭示了流体流动的两种基本形态：层流和湍流。
层流是指流体在管道内流动时，流体质点沿直线运动，彼此之间无宏观混合。
湍流则是指流体流动时，流体质点之间发生宏观混合，流速不均匀，产生涡流。
雷诺数（Re）是判断流体流动形态的无量纲数，其计算公式为：Re = ρvd/μ，其中ρ为流体密度，v为流体流速，d为管道直径，μ为流体粘度。
当Re较小时，流体流动为层流；当Re较大时，流体流动为湍流。
临界雷诺数是层流与湍流转变的界限。
三、实验仪器与材料1. 实验装置：自循环雷诺实验装置（包括供水器、实验台、可控硅无级调速器、恒压水箱、有色水水管、稳水隔板、溢流板、实验管道、实验流量调节阀等）；2. 实验材料：有色水、清水、压差计、计时器等。
四、实验步骤1. 调整实验装置，确保供水稳定，管道内无气泡；2. 开启供水器，调整流量，使管道内流速逐渐增大；3. 观察有色水在管道内的流动形态，记录下层流、湍流及临界雷诺数；4. 使用压差计测量管道两端的水头差，计算沿程水头损失；5. 记录实验数据，进行数据处理。
五、实验结果与分析1. 观察到当流速较小时，管道内流体质点沿直线运动，颜色均匀，无涡流，为层流；2. 随着流速增大，流体质点开始发生宏观混合，颜色逐渐变淡，出现涡流，为湍流；3. 通过实验，测得临界雷诺数为2000；4. 根据实验数据，绘制沿程水头损失与断面平均流速的关系曲线，分析层流、湍流及临界雷诺数的关系。
六、实验结论1. 雷诺实验验证了流体流动的两种基本形态：层流和湍流；2. 临界雷诺数是层流与湍流转变的界限，本实验测得临界雷诺数为2000；3. 雷诺数与流体流动形态密切相关，当雷诺数较小时，流体流动为层流；当雷诺数较大时，流体流动为湍流。
(完整版)雷诺实验
雷诺实验一、实验背景1883年，雷诺通过实验发现到液流中存在着层流和湍流两种流态：流速较小时，水流有条不紊的呈现层状有序的直线运动，流层间没有质点掺混，这种流态称为层流；当流速增大时，流体质点做杂乱无章的无序的运动，流层间质点掺混，这种流态称为湍流。
雷诺实验还发现存在着湍流转变为层流的临界流速0V ，而0V 又与流体的粘性，圆管的直径d 有关。
若要判别流态，就要确定各种情况下的0V 值。
雷诺运用量纲分析的原理，对这些相关因素的不同量值作出排列组合再分别进行实验研究，得出了无量纲数——雷诺数e R ，以此作为层流与紊流的判别依据，使复杂问题得以简化。
经反复测试，雷诺得出圆管流动的下临界雷诺数值为2320，工程上，一般取之为2000。
当e R <2320时，管中流态为层流，反之，则为湍流。
雷诺简介奥斯本 雷诺（Osborne Reynolds)，英国力学家、物理学家和工程师。
1842年8月23日生于北爱尔兰的贝尔法斯特，1912年2月21日卒于萨默塞特的沃切特。
1867年毕业于剑桥大学王后学院。
1868年出任曼彻斯特欧文学院（以后改名为维多利亚大学）的首席工程学教授，1877年当选为皇家学会会员，1888年获皇家勋章，1905年因健康原因退休。
他是一位杰出的实验科学家，由于欧文学院最初没有实验室，因此他的许多早期试验都是在家里进行的。
他于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》。
这篇文章以实验结果说明水流分为层流与紊流两种形态，并提出以无量纲数Re （后称为雷诺数）作为判别两种流态的标准。
他还于1886年提出轴承的润滑理论，1895年在湍流中引入有关应力的概念。
雷诺兴趣广泛，一生著述很多，其中近70篇论文都有很深远的影响。
这些论文研究的内容包括力学、热力学、电学、航空学、蒸汽机特性等。
他的成果曾汇编成《雷诺力学和物理学课题论文集》两卷。
湍流和层流本质区别对比表格
湍流和层流本质区别对比表格
相关说明：
1.层流是流体的一种流动状态。
流体在管内流动时，其质点沿着与管轴平行的方向作平滑直线运动。
此种流动称为层流或滞流，亦有称为直线流动的。
流体的流速在管中心处最大，其近壁处最小。
管内流体的平均流速与最大流速之比等于0.5，根据雷诺实验，当雷诺准数Re<2320时，流体的流动状态为层流。
2.湍流是流体的一种流动状态。
当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流，也称为稳流或片流；逐渐增加流速，流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流。
流体流动类型及临界雷诺数的测定实验报告(华南师范大学)
实验二流体流动类型及临界雷诺数的测定一、实验目的1.观察流体流动过程中不同的流动型态及其变化过程；2.测定流动型态变化时的临界雷诺数二、实验原理流体充满导管作稳态流动时基本上有两种明显不同的流动型态：滞流（也叫层流）和湍流。
当流体在管中作滞流流动时，管内的流体各个质点沿管轴作相互平行而有规则的运动，彼此没有明显的干扰。
当流体作湍流流动时，各个质点紊乱地向各个不同的方向作无规则的运动。
流体的流动型态不仅与流体的平均流速有关，还与流体的粘度μ、密度ρ和管径d等因素有关。
也就是说流体的流动型态取决于雷诺准数的大小。
R=d（2－1）式中：d——管子内径（m）u——流体流速（m/s）ρ——流体密度（kg/m3）μ——流体粘度（Pa•s或kg/m•s）根据雷诺实验，流体在平直圆管中流动时，当雷诺数小于某一临界值时为滞流（或层流）；当雷诺数大于某一临界值时为湍流；当雷诺数介于二者之间时则为不稳定的过渡状态，可能为滞流，也可能为湍流。
对于一定温度下的某种介质在特定的圆管内流动时，流体的粘度μ、密度ρ和管径d等均为定值，故雷诺数Re仅为流体平均流速u的函数。
流体的流速确定后，雷诺数即可确定。
流体流动型态发生变化时的流速称为临界速度，其对应的雷诺数称为临界雷诺数。
本实验以水为介质、有色溶液为示踪物，使其以不同的流速通过平直玻璃管，便可观察到不同的流动型态，同时根据流动型态的变化，可确定临界速度与临界雷诺准数。
三、实验装置本实验装置如图2-1所示，主要由稳压溢流水槽5、试验导管（内径24.2mm）6、缓冲水槽5和转子流量计6组成。
水由循环水泵供给或直接由自来水龙头输入稳压溢流水槽，经稳压后流经试验导管、缓冲水槽及转子流量计，最后流回低位水槽或排入下水道，稳压溢流槽溢流出来的水也返回低位槽或排入下水道。
示踪物由液瓶1经调节夹10、试验导管3……至下水道。
图2-1雷诺试验装置六、实验步骤1.雷诺实验的过程(1)关闭流量调节阀10、7、9,打开进水阀3,使自来水充满水槽, 并使其有一定的溢流量。
化工原理雷诺实验思考题
化工原理雷诺实验思考题模拟试卷一、选择题（每题1分，共5分）1.雷诺实验中，层流和湍流的判别依据是：A.雷诺数的大小B.流体速度C.管道直径D.流体密度2.下列哪种情况雷诺数会增大？A.流速减小B.管道直径增大C.流体粘度增大D.流体密度增大3.雷诺实验中，层流的特点是：A.流线平行B.流速分布均匀C.沿管道中心流速最大D.所有选项都正确4.湍流流动时，流体的速度分布：A.均匀B.随机变化C.呈抛物线状D.沿管道中心流速最小5.雷诺实验中，雷诺数的计算公式是：A.Re=ρVD/μB.Re=μVD/ρC.Re=ρvD/μD.Re=μvD/ρ二、判断题（每题1分，共5分）6.雷诺实验中，雷诺数小于2000时，流动一定是湍流。
（）7.层流和湍流的转变只与雷诺数有关。
（）8.雷诺实验中，层流和湍流的转变与管道材质有关。
（）9.雷诺实验中，层流和湍流的转变与管道长度有关。
（）10.雷诺实验中，层流和湍流的转变与流体温度有关。
（）三、填空题（每题1分，共5分）11.雷诺实验中，层流和湍流的判别依据是_________。
12.雷诺实验中，层流的特点是_________。
13.雷诺实验中，湍流的特点是_________。
14.雷诺实验中，雷诺数的计算公式是_________。
15.雷诺实验中，层流和湍流的转变与_________有关。
四、简答题（每题2分，共10分）16.简述雷诺实验的原理。
17.简述层流和湍流的特点。
18.简述雷诺数的意义。
19.简述影响雷诺数的因素。
20.简述雷诺实验在化工中的应用。
五、应用题（每题2分，共10分）21.某流体在直径为0.05m的管道中流动，流速为2m/s，密度为1000kg/m³，粘度为0.001Pa·s，求雷诺数，并判断流动状态。
22.某流体在直径为0.1m的管道中流动，流速为1m/s，密度为800kg/m³，粘度为0.005Pa·s，求雷诺数，并判断流动状态。
雷诺实验
1、熟悉雷诺装置的结构和工作原理。
2、观察并验证流体流动的状态。
二、实验任务1、通过调节流速，得出层流、过渡流和湍流。
2、测量流体的流速和其它物性参数，计算临界雷诺数，并和理论值进行比较。
三、实验原理雷诺曾做过实验，得到流体的流动状态分为层流、过渡流和湍流三种。
另外，流动状态和流体流速、密度、粘度、管径有关，并因此得到一个准数——雷诺数。
μρdu=Re经过总结，得到流体的流动状态只同雷诺数的大小有关，雷诺数小，则为层流，雷诺数大则为湍流。
由层流变为湍流所对应的雷诺数，称为上临界雷诺数，约为4000～12000之间，工程上常用3000，一般大于此值可确定为湍流。
由湍流变为层流所对应的雷诺数称为下临界雷诺数，约为2000左右，小于此值可定为层流。
上、下临界雷诺数之间的流动状态为过渡流，由于过渡流不稳定，稍有干扰，就变为湍流，所以有时把它看成为湍流的延伸部分。
由于Re和四个参数有关，通过改变这些参数来改变Re值，从而改变流体的流动状态。
四、实验装置图1-1 雷诺实验装置简图五、实验内容1、准备好管子、红墨水、桶、量筒等辅助材料，把红墨水充满漏斗。
2、将水充入设备内，让水面达到预定高度并稳定，多余的水由溢水管排出。
3、打开流水管阀门，让水由管子流动，同时打开漏斗让红墨水从漏斗底部流出，并随水流动。
4、调节水的流速，利用红墨水的流动状态，观察不同的水的流动情况。
5、认真耐心的调节上下临界点，用量筒和秒表测量水的流量，换算出流速，结合其它参数，计算对应雷诺数，并和理论值进行比较。
6、实验完毕，关闭进水管，关闭漏斗，关闭出水管。
最后一组实验，将装置内的水放尽。
六、注意事项1、做实验时要小心，以免碰坏漏斗、量筒等易损品。
2、调节流速时，要手扶管子或阀门，不要硬掰，进行实验时要有耐心。
3、由于液体流动易受外界干扰，观察现象时，尽可能保持安静。
七、思考题1、装置内的三块板，各有什么用处？2、描述所观察到的流动现象。
雷诺数层流和紊流的判据
雷诺数层流和紊流的判据（原创实用版）目录1.雷诺数的定义和含义2.雷诺数与层流和紊流的关系3.雷诺数的计算方法和应用4.Gr 数的概念和作用5.层流和紊流在实际应用中的例子正文雷诺数是判断层流和紊流的判据，这一说法并不完全准确。
我们首先需要明确雷诺数的定义和含义。
雷诺数（Re）是一个无量纲数，用以描述流体流动状态。
它是由英国工程师奥斯本·雷诺（Osborne Reynolds）于 1883 年提出，用以预测流体流态的转变。
雷诺数的计算公式为：Re = ρvL/μ，其中ρ为流体密度，v为流体速度，L为特征长度（如管道直径、球体直径等），μ为流体动力粘度。
雷诺数与层流和紊流的关系是这样的：当雷诺数 Re 小于一定值（通常为 2300），流体流动为层流；当雷诺数 Re 大于一定值（通常为 4000），流体流动为紊流（湍流）。
然而，这个说法并不完全准确，因为雷诺数并不能直接判断层流和紊流，而是通过流体的速度、密度、粘度等性质计算得出的一个无量纲数。
雷诺数的计算方法和应用十分广泛。
在工程领域，人们可以根据雷诺数来设计管道、球体等设备，以保证流体在设备中的流动状态为层流或紊流。
在航空领域，雷诺数也被用于研究飞机翼的气动特性，以提高飞行效率和安全性。
那么，如何更准确地判断层流和紊流呢？这里需要介绍一个新的概念：Gr 数（Graham 数）。
Gr 数是另一种无量纲数，用以描述自然对流中流体从层流到紊流的转变。
Gr 数的计算公式为：Gr = β*(ρ_b - ρ_a)/(μ*(g*L)^(1/2))，其中β为表面张力系数，ρ_b 和ρ_a 分别为流体上下表面的密度，g 为重力加速度，L 为特征长度。
当 Gr 数小于一定值时（通常为 100），自然对流从层流到紊流的转变会发生。
在实际应用中，层流和紊流有着很大的差别。
例如，在研究飞机翼的气动特性时，人们希望流体在翼面上保持层流，以减少阻力和噪音。
而在某些工业设备中，如冷却塔、热交换器等，紊流（湍流）是被利用的，以增加传热效率。
雷诺实验实验报告范例
雷诺实验一． 实验的目的和要求：1. 观察层流，湍流的流态及其转换过程；2. 测定临界雷诺数，掌握圆管流态判别方法；3. 学习应用量纲分析法进行实验研究的方法，确定非圆管流态判别准数。
二． 实验装置说明与操作方法供水流量由无极调速器调控，使恒压水箱始终保持微溢流的状态，以提高进口前水体的稳定度。
本恒压水箱设有多道稳水隔板，可使稳水时间缩短到3到5分钟。
有色水注入到实验管道，可根据有色水散开与否判别流态。
为防止自循环水污染，有色水采用自行消色的专用色水。
实验流量可由尾阀调节。
三． 实验原理1883年，雷诺（Osborne Reynolds ）采用类似于本实验的实验装置，观察到液流中存在着层流和湍流两种流态：流速较小时，水流有条不紊的呈现层状有序的直线运动，流层间没有质点掺混，这种流态称为层流；当流速增大时，流体质点做杂乱无章的无序的直线运动，流层间质点掺混，这种流态称为湍流。
雷诺实验还发现存在着湍流转变为层流的临界流速v 。
v 。
与流体的粘性，圆管的直径d 有关。
若要判别流态，就要确定各种情况下的v 。
值，需要对这些相关因素的不同量值作出排列组合再分别进行实验研究，工作量巨大。
雷诺实验的贡献不仅在于发现了两种流态，还在于运用量纲分析的原理，得出了量纲为一的判据-----雷诺数Re,使问题得以简化。
量纲分析如下： 因(,)c v f v d =根据量纲分析法有：12c c v k d ααβ=其中c k 是量纲为一的数，写成量纲关系为：[]12121LT L T L αα--⎡⎤⎡⎤=⎣⎦⎣⎦由量纲和谐原理，得11,21αα==-。
即c cv k dβ= 或 c c v dk β=雷诺实验完成了管流的流态从湍流过度到层流是的临界值c k 值的测定，以及是否为常数的验证，结果表明c k 值为常数。
于是，量纲为一的数vdβ便成了适合于任何管径，任何牛顿流体的流态由湍流转变为层流的判据。
由于雷诺的贡献，vdβ定名为雷诺数Re 。
雷诺数层流和紊流的判据
雷诺数层流和紊流的判据摘要：1.雷诺数的定义和意义2.层流和紊流的特性3.雷诺数与层流、紊流的关系4.雷诺数在工程应用中的判断标准5.上下临界雷诺数的作用和区别正文：在我们的生活和工作中，流体的流动现象无处不在，而如何判断流体流动状态则是工程师们关注的重要问题。
雷诺数（Re）就是用来判断流体流动状态的一个无量纲数，它反映了流体流动的稳定性和流动性。
首先，我们来了解一下雷诺数的定义。
雷诺数是描述流体流动状态的无量纲数，它由流体的密度、流速、流体黏度和管道特征长度等因素组成。
雷诺数越大，表示流体流动状态越复杂，流动性越好；雷诺数越小，表示流体流动状态越简单，稳定性越好。
在工程应用中，流体的流动状态通常分为层流和紊流（湍流）。
层流的特点是流体沿管道轴线呈线性分布，流体速度和压力分布均匀，流动稳定。
而紊流则表现为流体速度和压力分布的不规律性，流动状态不稳定，伴有噪音和能量损失。
那么，如何通过雷诺数来判断层流和紊流呢？一般来说，当雷诺数小于2000时，流体呈层流状态；当雷诺数大于4000时，流体进入紊流状态。
然而，这个判断标准仅适用于某些特定的工程场景，如管道流动、边界层流动等。
在实际应用中，我们还常常听到上下临界雷诺数的概念。
上临界雷诺数是指流体开始出现紊流现象的雷诺数，而下临界雷诺数则是指流体由紊流转为层流的雷诺数。
由于上临界雷诺数不稳定，变化范围大（约5000~40000），而下临界雷诺数较为稳定（约为2320），因此在工程中一般采用下临界雷诺数作为层流与紊流的判据。
总之，雷诺数是一个重要的无量纲数，它可以帮助我们判断流体的流动状态。
在工程应用中，通过雷诺数的值，我们可以有效地预测和控制流体的层流和紊流现象，从而优化工程设计和提高能源利用率。
3 层流与湍流
(3) ζb=△
h失与Re, ∆ 有 系 均 关 居 种 况 中称 紊 过 区 二 情 之 , 为 流 渡
尼古拉兹用六根人工粗糙管做了摩擦阻力损失实验
临界区 层流区 湍流过渡区
湍流光滑区
湍流粗糙区 摩迪图
尼古拉兹实验结果图
a.湍流光滑管.(Ⅲ段 ) 0.3164 5 Re > 10 5 λ= 0.25
Re < 10
Re
布 修斯 式 拉 公
Re > 10 Re > 10
5 5
1
λ
古 式 = 2lg(Re λ − 0.8) 尼 拉公
(h失仅与 有关 与Re无关 称阻力平方区 ∆ , , )
b.湍流粗糙管（Ⅴ）
1 1 ∆ = 2lg +1.74 = −2lg 3.7 2∆ λ
1
或 = 0.11∆ λ
0.25
h局 = ζ
式中：
ρν 2
2
（ N/m2 ）
h局
ζ
—— 单位体积流体的局部阻力损失； —— 局部阻力损失系数。
3.3.2沿程阻力损失系数λ的确定
1.管内层流摩阻 管内层流摩阻
L ρν2 64 Re < 2300 层流 ∆P = h失 = λ λ= D 2 Re 摩阻的压降损失以压力 来补偿 非圆管用当量直径
2
y y+l l′ y y-l 普朗特混合长假论 x vx
vx + dvx l′ dy
dvx 2 2 dvx dvx τ ′ =− ρv′v′ = ρl ( ) = ρl x y dy dy dy
湍流中的总摩擦应力=粘性切应力 附加切应力 湍流中的总摩擦应力 粘性切应力+附加切应力 粘性切应力
雷诺试验 层流和湍流
§1.4.2流动类型与雷诺准数现在开始介绍流体流动的内部结构。
流动的内部结构是流体流动规律的一个重要方面。
因为化工生产中的许多过程都和流动的内部结构密切联系。
例如实际流体流动时的阻力就与流动结构紧密相关。
其它许多过程，如流体的热量传递和质量传递也都如此。
流动的内部结构是个极为复杂的问题，涉及面广。
以下紧接着的内容只作简单的介绍，因而在许多方面只能限于定性的阐述。
1、流动类型——层流和湍流1883年著名的雷诺实验揭示出流动的两种截然不同的型态。
雷诺实验装置如图所示：在水箱内装有溢流装置，以维持水位稳定，水箱的底部安装一个带喇叭型进口的直径相同的玻璃管，管出口处装有一个阀门用来调节流量，水箱上方安装有内有颜料的小瓶，有色液体可经过细管子注入玻璃管内。
在水流经过玻璃管的过程中，同时把有色液体送到玻璃管以后的管中心位置上。
雷诺实验观察到：⑴、水流速度不大时，有色细流成一直线，与水不混合。
此现象表明：玻璃管内的水的质点是沿着与管轴平行的方向作直线运动。
即流体分层流动，层次分明，彼此互不混杂，掺和(唯其如此，才能使有色液体保持直线)这种流型叫层流或滞流。
⑵、水流速度增大到某临界值时，有色细流开始抖动，弯曲，继而断裂，细流消失，与水完全混合在一起，整根玻璃管呈均匀颜色，此现象表明，玻璃管内的水的质点除了沿着管道向前运动外，各质点还作不规则的，杂乱的运动，且彼此间相互碰撞，相互混合，质点速度的大小和方向随时发生变化，这种流型叫湍流或紊流。
2、流型的判据—雷诺准数对管流而言，影响流型的因素有，流道的几何尺寸(管径d)流动的平均速度u 和流体的物理性质(密度ρ和粘度μ)。
雷诺发现，可以将这些影响因素综合成一个无因次数群duρ/μ，作为流型的判据。
此数群称为雷诺(Reynolds)数，以R e表示，即：R e=duρ/μ雷诺指出：Ⅰ、当R e≤2000，必定出现层流，称为层流区；Ⅱ、当R e＞4000，必定出现湍流，称为湍流区；Ⅲ、当2000＜R e＜4000，或出现层流，或出现湍流，依赖于环境(如管道直径和方向改变，外来的轻微振动都易促成湍流的产生)，此为过度区；在此要说明一点，以R e为判据将流动划分为三个区：层流区，过度区，湍流区。
雷诺数判断层流和湍流临界值
雷诺数判断层流和湍流临界值说到雷诺数，很多人可能会觉得这玩意儿听起来有点高深莫测。
别急，咱们慢慢聊，保证你一听就懂！雷诺数是流体力学里一个特别重要的概念，它决定了流体的流动是“温文尔雅”的层流，还是“活跃奔放”的湍流。
别看它名字挺高大上的，其实理解起来并不难，关键是咱们得弄明白一个小小的判断标准——雷诺数的临界值。
你想象一下，如果你站在一条安静的小河边，看到水面上轻轻荡漾的波纹，水流缓缓地流动，那就像是层流。
层流就像是一群乖乖排队的士兵，每个水分子都安静地挨着挨着走，不相互干扰，互不打扰。
就像你在排队买咖啡，每个人都守规矩，排得整整齐齐。
可是，万一突然人多了，排队的人开始着急了，互相推搡、撞来撞去，那就变成了湍流。
湍流就是水流乱七八糟、千头万绪，像个大杂烩一样。
层流与湍流，这俩小家伙，看似不相关，但其实它们的转换，正好就由雷诺数这个“中间人”来决定。
那么雷诺数到底是啥？其实它就是流体流动的一种量化标准，能帮助我们判断流体流动的状态。
简单来说，雷诺数越小，流体越有可能是层流；雷诺数越大，流体就越有可能变成湍流。
雷诺数的公式看起来复杂，但我们不需要背公式，重点是理解它背后的意思。
比如你把一根细细的管子拿起来，水流经过这根管子时，雷诺数小，那就可能是层流；如果管子特别粗，水流特别急，那雷诺数大，就容易形成湍流。
要是你问我，啥时候雷诺数才会变成临界值，啥时候从层流变成湍流呢？哎呀，这个问题有点复杂啊。
一般来说，对于管道流动来说，雷诺数大概在2000到4000之间，就是那个临界点。
换句话说，雷诺数如果低于2000，流动通常是层流，低调安静；如果高于4000，流动就是湍流，活跃得像个过山车！当然了，雷诺数在2000到4000之间，恰巧就是一个过渡区，叫做“临界区”。
在这个区间里，层流和湍流就像两个人在拔河，随时可能发生“阵地变化”。
所以如果你处在这个区间，要么是层流逐渐转为湍流，要么是湍流突然变得有点安静。
雷诺数层流和紊流的判据
雷诺数层流和紊流的判据
【原创实用版】
目录
1.雷诺数的定义和意义
2.层流和紊流的概念及其区别
3.雷诺数在判断层流和紊流中的作用
4.Gr 数的概念和作用
5.结论
正文
雷诺数是判断层流和紊流（湍流）的判据。
雷诺数（Re）是一个无量纲数，它是流体力学中用来描述流体流动特性的重要参数。
雷诺数是通过比较惯性力和粘性力之间的相对大小来判断流体流动是层流还是紊流的。
层流和紊流是两种不同的流动状态。
层流是指流体在管道或容器内按照层次流动，各层次之间互不干扰，流动稳定。
紊流（湍流）是指流体在管道或容器内呈现杂乱无章的流动状态，各流体层之间互相干扰，流动不稳定。
雷诺数在判断层流和紊流中的作用主要体现在以下几点：
1.当雷诺数 Re 小于临界雷诺数 Recr 时，流体流动为层流。
2.当雷诺数 Re 大于临界雷诺数 Recr 时，流体流动为紊流。
3.当雷诺数 Re 等于临界雷诺数 Recr 时，层流和紊流可能同时存在，流动状态不稳定。
然而，雷诺数并不是唯一的判断层流和紊流的判据。
在自然对流现象中，Gr 数（格拉晓夫数）被广泛应用于判断层流和紊流。
Gr 数是描述流体密度和温度差异对流体流动的影响程度的无量纲数。
当 Gr 数小于临界
值时，流体流动为层流；当 Gr 数大于临界值时，流体流动为紊流。
综上所述，雷诺数和 Gr 数都是判断层流和紊流的重要参数。
湍流和层流的雷诺数 球扰流
湍流和层流的雷诺数球扰流湍流和层流的雷诺数与球扰流1. 引言在流体力学中，流动的性质可以大致分为两种类型：湍流和层流。
两者之间的划分依赖于流速、粘度以及流体的性质。
雷诺数是一个用于描述流动性质的无量纲参数，它在湍流和层流之间提供了一个界限。
本文将深入探讨湍流和层流的雷诺数以及与球扰流的关系。
2. 湍流与层流定义湍流是一种具有明显不规则性质的流动，其中流体粒子以旋涡和涡旋的形式运动。
湍流通常由高速、不可压缩流体在流体中的摩擦、惯性和外部扰动的相互作用引起。
相反，层流是指流动的粒子在流体中沿着平行于管道或通道壁的轨迹无序地移动，没有明显的交叉和混合。
3. 雷诺数的定义雷诺数是将流动中的惯性力和粘性力相对比的无量纲参数。
它由法国物理学家奥戴·雷诺提出，可以通过以下公式计算：Re = ρvd/μ其中，Re是雷诺数，ρ是流体的密度，v是流体的速度，d是流动的特征尺寸，μ是流体的粘度。
4. 雷诺数与湍流和层流的关系当雷诺数较低时，惯性力相对于粘性力较小，流动更容易维持层流。
这是因为粘性力可以抑制流体的混合和涡旋形成。
当雷诺数增大时，惯性力相对于粘性力开始起主导作用，流动变得不稳定，湍流现象开始出现。
雷诺数越高，越有可能出现湍流。
5. 湍流和层流的特征湍流的特点是流动速度的波动和涡旋的出现，以及不规则和复杂的流动图案。
湍流流动更具有混合性和能量耗散性，可以带来较高的输运效率。
相反，层流的特点是流动速度的稳定和平行，在通道或管道中形成层状流动。
6. 球扰流球扰流是指在流体中引入球体扰动以产生流动的现象。
球扰流是一种引入湍流的实验方法，通过改变球体的直径和速度，可以控制湍流的发展和特征。
7. 湍流和层流的应用和意义湍流和层流在许多领域中都具有重要的应用，例如气象学、工程学、生物学等。
对于工程学而言，了解流动的性质和湍流的特征可以帮助设计更高效、稳定和可靠的管道、飞行器和汽车等。
8. 个人观点和理解我个人认为湍流和层流的研究在流体力学和应用领域中具有重要的意义。
湍流雷诺数范围
湍流雷诺数范围湍流雷诺数（Reynolds number）是流体力学中的一个无量纲量，用来描述流体中惯性力和黏性力的相对重要性。
它起到了判断流体流动状态的作用，决定了流体中是否存在湍流。
湍流雷诺数的公式为Re = ρVL/μ，其中ρ是流体的密度，V是流体的速度，L是特征长度，μ是流体的动力粘度。
湍流雷诺数越大，流体中的湍流越明显。
湍流是流体流动过程中的一种不规则、混乱的运动状态，与层流相对。
湍流雷诺数的范围可以根据不同的流体和流动情况而变化，下面是一些常见情况下的湍流雷诺数范围的参考内容。
1. 管道流动：在管道流动中，湍流和层流的转变与雷诺数有关。
一般来说，当雷诺数小于约2300时，流体流动处于层流状态；当雷诺数大于约4000时，流体流动处于湍流状态。
这个范围被称为过渡区，当雷诺数在2300和4000之间时，流体流动的状态会发生不稳定的转变。
2. 平板边界层：在平板边界层中，湍流的转变也与雷诺数有关。
一般来说，当雷诺数小于约5×10^5时，流动是层流的；当雷诺数大于约5×10^5时，流动是湍流的。
在这个范围内，由于湍流对于摩擦阻力的增加，流动变得更加复杂和混乱。
3. 空气动力学：在空气动力学中，湍流雷诺数的范围可以进一步扩大。
一般来说，当雷诺数小于约10^2时，流动是层流的；当雷诺数大于约10^5时，流动是湍流的。
在这个范围内，湍流对于飞行器产生的阻力和气动特性具有重要影响。
需要注意的是，以上的范围只是一些常见情况下的参考内容，具体的湍流转变范围还受到其他因素的影响，如表面粗糙度、流体的温度和压力等。
此外，不同的流动情况和实验条件下，湍流转变的临界雷诺数也可能存在一定的差异。
总结起来，湍流雷诺数的转变范围是一个相对的概念，不同的情况下可能有所不同。
但通过对流体流动的实验观察和数值模拟，可以得到一些常见情况下的参考范围，准确预测和分析湍流流动的产生和发展过程，对于理解流体力学和优化工程设计非常重要。
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§1.4.2流动类型与雷诺准数
现在开始介绍流体流动的内部结构。
流动的内部结构是流体流动规律的一个重要方面。
因为化工生产中的许多过程都和流动的内部结构密切联系。
例如实际流体流动时的阻力就与流动结构紧密相关。
其它许多过程，如流体的热量传递和质量传递也都如此。
流动的内部结构是个极为复杂的问题，涉及面广。
以下紧接着的内容只作简单的介绍，因而在许多方面只能限于定性的阐述。
1、流动类型——层流和湍流
1883年著名的雷诺实验揭示出流动的两种截然不同的型态。
雷诺实验装置如图所示：
在水箱内装有溢流装置，以维持水位稳定，水
箱的底部安装一个带喇叭型进口的直径相同的
玻璃管，管出口处装有一个阀门用来调节流量，
水箱上方安装有内有颜料的小瓶，有色液体可
经过细管子注入玻璃管内。
在水流经过玻璃管
的过程中，同时把有色液体送到玻璃管以后的
管中心位置上。
雷诺实验观察到：
⑴、水流速度不大时，有色细流成一直线，与水不混合。
此现象表明：玻璃管内的水的质点是沿着与管轴平行的方向作直线运动。
即流体分层流动，层次分明，彼此互不混杂，掺和(唯其如此，才能使有色液体保持直线)这种流型叫层流或滞流。
⑵、水流速度增大到某临界值时，有色细流开始抖动，弯曲，继而断裂，细流消失，与水完全混合在一起，整根玻璃管呈均匀颜色，此现象表明，玻璃管内的水的质点除了沿着管道向前运动外，各质点还作不规则的，杂乱的运动，且彼此间相互碰撞，相互混合，质点速度的大小和方向随时发生变化，这种流型叫湍流或紊流。
2、流型的判据—雷诺准数
对管流而言，影响流型的因素有，流道的几何尺寸(管径d)流动的平均速度u 和流体的物理性质(密度ρ和粘度μ)。
雷诺发现，可以将这些影响因素综合成一个无因次数群duρ/μ，作为流型的判据。
此数群称为雷诺(Reynolds)数，以R e表示，即：
R e=duρ/μ
雷诺指出：
Ⅰ、当R e≤2000，必定出现层流，称为层流区；
Ⅱ、当R e＞4000，必定出现湍流，称为湍流区；
Ⅲ、当2000＜R e＜4000，或出现层流，或出现湍流，依赖于环境(如管道直径和方向改变，外来的轻微振动都易促成湍流的产生)，此为过度区；
在此要说明一点，以R e为判据将流动划分为三个区：层流区，过度区，湍流区。
但是流型只有两种。
过度区并不表示一种过度的流型，它只是表示在此区内可能出现湍流，究竟出现何种流型需视外界扰动而定。
§1.4.3层流(滞流)与湍流
1、层流(滞流)的基本特征
管内滞流时，流体质点沿管轴作有规则的平行运动，各质点互不碰撞，互不混合。
流体可以看作而无数同心圆筒薄层一层套一层作同向平行运动。
2、湍流的基本特征
管内湍流时，流体质点在沿管轴流动的同时还伴着随机的脉动，空间任一点的速度(包括大小和方向)都随时变化，流体质点彼此相互碰撞，相互混合，产生大大小小的旋涡。
质点的径向脉动是涡流的最基本特点，层流时只有轴向速度而径向速度为零，湍流时则出现了径向脉动速度。
实验测得流道截面上某一点I处的流体质点脉动曲线为：点击放大
图中：
时均速度(瞬间速度的时间平均值)，(稳流时不随时间变化)；
瞬时速度u i—某时刻，管道截面上任一点i的真实速度m/s；
脉动速度u i`—在同一时刻，管道截面上任一点i的瞬时速度和时均速度之差值m/s；
由图可知：
湍流的其他流动参数(如压强等)也可仿照上面的处理方法，在以后提到湍流流体的速度、压强等参数时，如无说明，均指它们的时均值。
需指出的是，除粘性造成流动阻力外，湍流时流体质点彼此碰撞，混合，产生大量的旋涡，彼此间的动量交换，会损耗一部分的能量，产生附加的阻力。
3、流体在直管内的流动阻力
流动阻力所遵循的规律因流型不同而不同。
湍流时，流动阻力来自流体本身所
具有的粘性而引起的内摩擦；对牛顿型流体则为摩擦应力(剪应力) τ=μ·du/dy。
湍流时，流动阻力的来源有两个：粘性引起的内摩擦及流体质点的径向脉动产生附加阻力称之为涡流应力。
总摩擦应力不服从牛顿粘性定律，但可仿照其写成τ=(μ+e)·du/dy
e为涡流粘度，单位P a·S，不是流体的物理性质，与流体流动状态有关。
4、流体在圆管内的速度分布
无论是层流还是湍流，管道截面上质点速度沿管径变化，管壁处速度为零。
管壁到中心速度由零增至最大，速度分布规律因流型而异。
⑴、流体的力平衡：
等径水平圆管有稳定流动的不可压缩流体，取半径r，长度为l的圆柱体进行力的分析，圆柱体所受的力为两端面的压力：P1=p1A1=p1πr2；P2=p2A2=p2πr2；
外表面上的剪应力(摩擦力)：
因为流体在等径水平管内作稳定流动，所以∑F x=0，即：
⑵、层流时的速度分布：
层流时：
∴
∴
∵
∴积分得：
令
∴
平均速度
⑶、圆管内湍流的速度分布
湍流时速度分布至今尚未能够以理论导出，通常将其表示成经验公式或图的形式。
实验测得：
由于质点的强烈碰撞与混合，使管截面上靠管中心部分各点速度彼此扯平，速度分布比较均匀，不再是严格的抛物线，Re愈大，中心区愈广阔平坦。
如图
5、湍流时的滞流内层和缓冲层
在湍流的圆管内流体流动也存在层流内层，过度层(缓冲层)和湍流层。
由于湍流时管壁处的速度也为零，则靠近管壁时流体仍作滞流流动，这一作滞流流动的流体薄层，称为滞流内层或滞流底层。
自滞流内层往管中心推移，速度逐渐增大，出现了既非滞流流动亦非完全湍流流动的区域这一区域称为缓冲层或过渡层，再往中心才是湍流主体。
滞流内层的厚度随值的增大而减小。
滞流内层的存在，对传热与传质过程都有重大影响。