紊流参数的确定
雷诺数层流和紊流的判据
雷诺数层流和紊流的判据
一、引言
在流体力学领域，雷诺数（Re）是一个重要的无量纲数，它反映了流体流动状态的特征。
雷诺数的定义如下：
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。
二、雷诺数的定义和意义
雷诺数实际上反映了流体内部惯性力和粘性力之间的相对关系。
当雷诺数Re小于2300时，惯性力较小，粘性力占主导地位，此时流体表现为层流；当雷诺数Re大于4000时，惯性力较大，流体表现为紊流。
三、层流与紊流的区别
层流和紊流是流体流动的两种基本状态。
层流的特点是流线整齐，速度分布均匀，流体各层之间互不掺混；紊流则表现为流线杂乱，速度分布不规律，流体各层之间相互掺混。
四、雷诺数与层流、紊流的关系
雷诺数是判断流体流动状态的关键参数。
当雷诺数Re小于2300时，流体表现为层流；当Re在2300至4000之间时，流体处于过渡状态，既有层流的特征，也有紊流的特征；当Re大于4000时，流体表现为紊流。
五、雷诺数判据的应用
在工程实践中，雷诺数判据可用于预测和判断流体管道、设备内部的流动
状态，从而优化设计、提高流体输送效率、降低能耗。
例如，在设计管道时，可以根据雷诺数选择合适的管道截面形状、流速等参数，以避免流体在特定条件下发生紊流，降低流体输送过程中的能量损失。
六、结论
总之，雷诺数是流体动力学中一个非常重要的无量纲数，它能够反映流体流动状态的特征。
通过判断雷诺数，我们可以预测流体流动是层流还是紊流，从而为工程实践中的流体输送设计提供依据。
层流与紊流
层流与紊流层流科技名词定义中文名称:层流英文名称:laminar flow定义1:流体中液体质点彼此互不混杂，质点运动轨迹呈有条不紊的线状形态的流动。
在河渠流动中当雷诺数小于500,2 000时出现，而在多孔介质中流动时，在当雷诺数小于1,10时出现。
应用学科:地理学(一级学科);水文学(二级学科)定义2:黏性流体低速运动时质点的层状流动。
应用学科:电力(一级学科);通论(二级学科)定义3:黏性流体质点互不掺混，迹线有条不紊、层次分明的流动。
应用学科:航空科技(一级学科);飞行原理(二级学科)定义4:黏性流体的互不混掺的层状运动。
应用学科:水利科技(一级学科);水力学、河流动力学、海岸动力学(二级学科);水力学(水利)(三级学科)本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布求助编辑百科名片层流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，当雷诺准数引Re<2320时，流体的流动状态为层流。
粘性流体的层状运动。
在这种流动中，流体微团的轨迹没有明显的不规则脉动。
相邻流体层间只有分子热运动造成的动量交换。
常见的层流有毛细管或多孔介质中的流动、轴承润滑膜中的流动、绕流物体表面边界层中的流动等。
目录相关计算举例说明编辑本段相关计算层流只出现在雷诺数Re(Re,ρUL,μ)较小的情况中，即流体密度ρ、特征速度U和物体特征长度L都很小，或流体粘度μ很大的情况中。
当Re超过某一临界雷诺数Recr时，层流因受扰动开始向不规则的湍流过渡，同时运动阻力急剧增大。
临界雷诺数主要取决于流动形式。
对于圆管，Recr?2000，这里特征速度是圆管横截面上的平均速度，特征长度是圆管内径。
层流远比湍流简单，其流动方程大多有精确解、近似解和数值解。
紊流器的性能、规格、参数
果树滴灌技术介绍：
1、什么叫果树滴灌技术 果树滴灌是通过灌系统安装在毛管上的滴头，孔口或滴灌带等灌水器，将水一滴一滴地均匀而又缓慢的滴入果树根区附近土壤中的灌水方式。
2、什么条件的果园适合开展滴灌？ 水资源短缺 水质和管理条件较好的果园开展滴灌最合适。
3、每公顷果园开展需要多少流量？ 根据水源及其供水量，确定滴灌规模。通常以每小时1.5-1.9m3的水量控制1公顷果树为宜。
4、什么叫小管出流灌？ 由微灌系统毛管引出内径4毫米导管，水流从导管流出对果树根区进行微量灌溉，又称涌泉灌。导管位于每株果树下树冠半径2/3处。导管高度距地面0.3米。
特点
1、采用紊流装置，平地铺设长度500米以上。
2、出流稳定，均匀度达到90%。
3、抗堵塞能力强。
4、可深埋地下，不影响地面工作。 5、根来自作物需要，可根据实际情况安装。
6、适用条件:果树、绿化工程、速生林地等。
紊流器的性能、规格、参数
1.稳流器流量： 10-70L/H
雷诺数层流和紊流的判据
雷诺数层流和紊流的判据
（原创版）
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.雷诺数的应用领域
4.总结
正文
雷诺数是判断层流和紊流（湍流）的判据。
雷诺数（Re）是一种无量纲数，它是流体力学中用来描述流体流动特性的重要参数。
雷诺数是由英国工程师奥斯本·雷诺（Osborne Reynolds）于 1883 年提出的，其计算公式为：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。
层流和紊流是流体流动的两种不同状态。
层流是指流体在管道或容器内按照层次流动，各层之间互不干扰，流动稳定。
紊流（湍流）是指流体在管道或容器内形成的混乱流动状态，各层之间相互干扰，流动不稳定。
雷诺数可以用来判断流体流动状态从层流到紊流的转变。
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。
在雷诺数为 2300 至 4000 之间，流体流动状态可能为层流，也可能为紊流，这一区域称为过渡区。
雷诺数在很多领域都有广泛应用，如航空航天、化工、能源、环境工程等。
例如，在设计飞机翼型时，需要考虑雷诺数对流体流动的影响，以确保飞行器的稳定性和安全性。
在设计管道系统时，根据雷诺数可以确定管道的流速、直径等参数，以实现流体的高效输送。
流体紊流演示实验报告
流体紊流演示实验报告1. 实验目的本实验旨在通过观察并分析实验室流体紊流演示装置中的现象，了解紊流的特性及其在不同场景下的表现。
2. 实验原理紊流是一种流动状态，其中流体的速度、方向和压力都是不规则变化的。
当流体经过管道或其他限定空间时，其流动速度会因为多种因素的影响而变得不稳定，从而导致紊乱的流体运动。
在实验中，我们通过演示装置模拟紊流现象，以便观察和研究其特性。
3. 实验装置本次实验使用了一个特制的流体紊流演示装置。
该装置由一个透明的容器组成，容器内部有一定形状和大小的障碍物，可以通过控制流入和流出的液体的速度、压力和流量来模拟不同的流体环境。
装置的底部有一个取样口，可以方便地观察和记录流体的运动情况。
4. 实验步骤在实验开始前，首先清洗实验装置，确保内部没有杂质和污垢。
然后根据实验要求，调整流入和流出的液体的速度和压力。
在实验过程中，我们追踪并记录了以下几个实验参数：4.1 流速的影响首先，我们将调整流入液体的速度，逐渐增大。
观察流体在容器内的运动情况。
当流速较慢时，我们观察到流体呈现层流状态，流动较为平稳。
然而，当流速逐渐增大，流体开始呈现非线性的、不规则的流动状态，即紊流。
4.2 障碍物的形状在改变流速的同时，我们还对装置中的障碍物进行了调整。
通过更改障碍物的形状和大小，我们研究了其对紊流形成和发展的影响。
实验结果显示，障碍物的形状和大小对紊流的发生和传播有明显的影响。
不同形状和大小的障碍物可以产生不同的流体扰动，进而改变流体的流动状态。
4.3 边界条件的改变在固定流速和障碍物的情况下，我们还尝试改变实验装置的边界条件。
通过增加或减少流入液体的压力或流量，我们可以改变流体在容器中的运动方式。
实验结果表明，边界条件的改变可以直接影响流体的流动性质和紊流的形成。
5. 实验结果通过观察实验装置中的流体运动情况，我们得出了以下几个实验结果：1. 流速的增加会促进紊流的发生和发展。
2. 障碍物的形状和大小会影响紊流的形成和传播。
紊流器性能及参数
一、紊流器产品特点：
1、节能。
堵塞问题小，水质净化处理简单小管灌水器的流道直径比滴灌灌水器的流道或孔口的直径大很多，而且采用大流量出流，解决了滴灌系统灌水器易于堵塞的难题。
2、施肥方便。
果树施肥时，可将化肥液注入管道内，随灌溉水进入植物根区土壤中。
3、省水。
小管出流灌溉是一种局部灌溉技术，只湿润渗水沟两侧作物根系活动层的部分土壤，水的利用率高，而且是管网输配水，没有渗漏损失。
4、适用性强。
对各种地形、土壤、果树都可以使用。
5、独家技术。
防堵防回流。
6、可以进行“蜘蛛网”式安装，将滴灌供水量分流到几个滴头。
7、操作简单，管理方便。
二、紊流器适用条件：
1.园林果树、蔬菜瓜果、绿化工程、速生林地等。
三、紊流器的性能、规格、参数
紊流器流量 10-70L/H
紊流器工作压力 0.1-0.3Pa。
第三章紊流模型
2、紊流的基本特性
不规则性 或者叫随机性，由于这个特性，我们只
能应用统计的方法对紊流进行研究。
扩散特性 一个随机流动，如果不具有把速度的脉
动（或热、质量等）扩散到整个流场的特性，它不能 称作是紊流运动。
高雷诺数 紊流总是高雷诺数的流动。随着雷诺数的
增大，原来为层流的流动产生不稳定而转变成紊流。
涡度脉动的三维性 紊流是涡度的脉动强度很大的有
时均流方程
UUui pppi
代入精确方程，得时均值方程：
连续性方程
U i 0 xi
N-S方程
U ti U j U xji 1 x p i1 xj U xjiu iu j fi
温度和浓度 方程
t Uj x j xi xi uiS
1、紊动粘性概念 鲍辛涅斯克假设：
④溢流坝反弧段的高速水流有可 能在反弧段末端引起空蚀破坏， 如何计算反弧段紊流的速度场。 压力场，预测空泡在水中的发生、 发展和溃灭，从而寻求减免空蚀 破坏的合理措施。
三、研究方法
l）经验资料相关法
2）用解析方法求解 简化的方程
3）数值求解时间平均 的纳维埃－斯托克斯方Fra bibliotek程（即雷诺方程）
这类方法借助于因次分析， 将实验资料浓缩成许多经验 公式。只能描述一些最简单 的水流现象。
2、紊流模型的发展
普朗特（IJPrandtl）于1925年提出的混合长假设，是最早 把紊动输运项与时均流的当地量建立联系的紊流模型。应 用范围窄，通用性差。
从20世纪40年代开始，采用一些紊动量的微分输运方程，例如 紊动动能的输运方程、雷诺应力的输运方程等。这类模型的特 点是理论严谨、概念完整，其中某些模型中提出的基本概念仍 作为目前最先进的紊流模型的理论基础。
第五章 紊流基础
u = u + u′
p = p + p′
时间平均法运算性质
(1) f = f 1 f = T ( 2)
∫
T 2 T t− 2 t+
1 fdτ = f T
T 2 T t− 2 t+
∫
T 2 T t− 2 t+
dτ = f
f +g= f +g 1 f +g= T
∫
1 ( f + g )dτ = T
∫
T 2 T t− 2 t+
单位时间通过dA面上单位 面积流体的质量为：
′ ρ u1dA / dA
u′1 dA U
单位时间通过dA面上单位面 积流体的动量为：
′ ′ ρ u1 (U + u1 )dA / dA
′ ′ ρ u1 u2dA / dA
′ ′ ρ u1 u3dA / u1u1 ′ ′ ρ u1u2 ′ ′ ρ u1u3
湍流统计理论：
时间平均法 对任一物理量f (x，y，z，t)
1 f ( x, y , z , t ) = T f = f + f′
∫
T 2 T t− 2 t+
f ( x, y , z,τ )dτ
时间周期比流脉动周期大 得多，以便包含大量涨落 比宏观流动特征时间小得多，以便充分描述 时间值 f 随t的变化
（3）扩散性：流体的动能、动量及含有物浓度等通过紊动 向各个方向传递。 （4）三维有涡性：紊流是由各种不同尺度的大小涡旋组成 的三维复杂运动。 （5）大雷诺数 （6）连续性 （7）耗散性：机械能的粘性耗损
2 紊流的时间平均
湍流量的统计平均却有确定性的规律可循， 平均值在各次试验中可重复实现。 湍流脉动频率： 1～105 Hz 湍流脉动振幅： <10％ 平均速度
消防水力学基础知识
消防水力学基础知识消防水力学是研究水在消防系统中的流动和压力变化规律的学科。
它是消防工程学的一部分，是理解和掌握消防系统正常运行和灭火效果的重要基础。
本文将介绍消防水力学的基础知识，包括水的流动、水的压力计算、水流特性等内容。
一、水的流动1.1 水的流动方式水的流动方式有层流和紊流两种。
层流是指水在管道中按照平行于管轴的方向秩序流动的方式，流速均匀、流动线清晰；紊流是指水在管道中混乱流动的方式，流速不均匀、流动线复杂。
1.2 水流的雷诺数水流的雷诺数（Re）是判断水流是层流还是紊流的重要参数。
在水流速度较小时，雷诺数小于2000，水流为层流；当水流速度较大时，雷诺数大于4000，水流为紊流；当雷诺数在两者之间时，水流处于过渡区。
1.3 水的流速和流量水的流速是单位时间内通过某一横截面的水量，单位为米/秒（m/s）；水的流量是单位时间内通过某一横截面的总水量，单位为立方米/秒（m³/s）。
二、水的压力计算2.1 静水压力静水压力是指水在不流动情况下所产生的压力，它与水的高度和密度有关。
在重力作用下，静水压力随着水的高度增加而增大，与水的密度成正比。
2.2 动水压力动水压力是指水流动时所产生的压力，它由于水的惯性和动能的变化而产生。
动水压力等于静水压力加上动压，其中动压等于动能密度的一半，与水流速的平方成正比。
2.3 水的总压力水的总压力是指水在流动或静止过程中所产生的总压力，等于静水压力加上动水压力。
三、水流特性3.1 水流速度分布在管道中，水流速度分布不均匀，流速最大的部分靠近管道中心，称为最大流速点；流速最小的部分靠近管壁，称为壁面效应。
3.2 水流的阻力水在管道中流动时会受到阻力的作用，阻力大小与管道的摩擦有关。
阻力越大，水流速度越小，流量也越小。
3.3 水流的压力损失水在管道中流动时会产生压力损失，主要包括摩擦损失、管道弯头损失、管道缩径损失等。
压力损失会导致水流速度减小，流量减小。
紊流参数的确定
决定湍流参数在入口、出口或远场边界流入流域的流动，FLUENT需要指定输运标量的值。
本节描述了对于特定模型需要哪些量，并且该如何指定它们。
也为确定流入边界值最为合适的方法提供了指导方针。
使用轮廓指定湍流参量在入口处要准确的描述边界层和完全发展的湍流流动，你应该通过实验数据和经验公式创建边界轮廓文件来完美的设定湍流量。
如果你有轮廓的分析描述而不是数据点，你也可以用这个分析描述来创建边界轮廓文件，或者创建用户自定义函数来提供入口边界的信息。
一旦你创建了轮廓函数，你就可以使用如下的方法：●Spalart-Allmaras模型：在湍流指定方法下拉菜单中指定湍流粘性比，并在在湍流粘性比之后的下拉菜单中选择适当的轮廓名。
通过将m_t/m和密度与分子粘性的适当结合，FLUENT为修改后的湍流粘性计算边界值。
●k-e模型：在湍流指定方法下拉菜单中选择K和Epsilon并在湍动能（Turb. KineticEnergy）和湍流扩散速度（Turb. Dissipation Rate）之后的下拉菜单中选择适当的轮廓名。
●雷诺应力模型：在湍流指定方法下拉菜单中选择K和Epsilon并在湍动能（Turb. KineticEnergy）和湍流扩散速度（Turb. Dissipation Rate）之后的下拉菜单中选择适当的轮廓名。
在湍流指定方法下拉菜单中选择雷诺应力部分，并在每一个单独的雷诺应力部分之后的下拉菜单中选择适当的轮廓名。
湍流量的统一说明在某些情况下流动流入开始时，将边界处的所有湍流量指定为统一值是适当的。
比如说，在进入管道的流体，远场边界，甚至完全发展的管流中，湍流量的精确轮廓是未知的。
在大多数湍流流动中，湍流的更高层次产生于边界层而不是流动边界进入流域的地方，因此这就导致了计算结果对流入边界值相对来说不敏感。
然而必须注意的是要保证边界值不是非物理边界。
非物理边界会导致你的解不准确或者不收敛。
对于外部流来说这一特点尤其突出，如果自由流的有效粘性系数具有非物理性的大值，边界层就会找不到了。
第十章紊流
2017/9/30
西安交通大学流体力学课程组
8
时均法运算性质
设 f,
f ，g g 为紊流时均参数，
脉动参数， f ， g 为瞬时参数
(1)
f f
1 f T
T 2 T t 2 t
1 fd f T
T 2 T t 2 t
d f
时均值的时均值仍为原时均值
(2) f g f g
ui ui ui ui 2ui 1 p uj uj uj uiuj t x j x j x j x j xi x j x j
2017/9/30 西安交通大学流体力学课程组 21
脉动速度方程
瞬时量方程
ui ui 2 ui 1 p uj t x j xi x j x j
ui u 1 p uj i t x j xi x j ui u u i j x j
fg f g f g
f f x x
u j x j 0
ui ui ui 2 ui 1 p uj uj t x j x j xi x j x j
ui uj ( uiuj ) ui (u iuj ) x j x j x j x j
f f f
如
2017/9/30
u u u
p p p
7
西安交通大学流体力学课程组
紊流的时间平均法
严格来说，时均平均法只适用定常紊流，实际上已推广 用于非定常紊流 定常紊流是指时均特性不随时间变化的紊流流动 将紊流流动分为两部分，即：时均流动和脉动运动
时均流动代表主流，关注的重点是时均流动特性 脉动流动反映紊流的实质，对时均流动一切特性都产生 影响
4.5 紊流运动——学习材料
学习单元五、紊流运动运动要素的脉动和时均化研究方法紊流是自然界与工程中最常见的流动现象，研究其流动中的水头损失具有更重要的实际工程意义。
紊流比层流更复杂，目前的理论并不完善，主要从半理论半经验的角度介绍紊流的特征及其能量损失的实验研究和计算方法。
紊流流动中流体质点相互掺混，做无定向、无规则的运动，这种不规则性主要体现在紊流的脉动现象。
所谓脉动现象，就是诸如速度、压强等空间点上的物理量随时间的变化做无规则的即随机的变动。
在做相同条件下的重复试验时，所得的瞬时值不相同，但多次重复实验的结果的算术平均值趋于一致，具有规律性。
下图就是某紊流流动在某一空间固定点上测得的速度随时间的分布。
由于脉动的随机性，统计平均方法就是处理紊流流动的基本手段。
流体运动使用比较容易测量和常用的时均法(即时间平均法)。
通过对速度分量x u 的时间平均给出时均法的定义，以同样地获得其他物理量的时均值。
时均值定义为：⎰+-=22),,,(1),,,(TtTtxxdzyxuTt zyxuττ式中，τd——时间积分变量；T——平均周期，是一常数，它的取法是应比紊流的脉动周期大得多，而比流动的不恒定性的特征时间又小得多，随具体的流动而定。
瞬时值与平均值之差即为脉动值，脉动速度为：x x x u u u -=';y y y u u u -='。
如果紊流流动中，速度等各物理量的时均值不随时间而变，仅仅是空间点的函数，即称时均流动是恒定流动。
紊流的瞬时运动总是非恒定的，而平均运动可能是非恒定的，也可能是恒定的。
工程上关注的总是时均流动，一般仪器和仪表测量的也是时均值。
对紊流运动参数采用时均化后，前面所述的连续性方程、伯努利方程及动量方程等仍将适用。
在管流、射流和物体绕流等紊流流动中，初始来流的紊流度的强弱将影响到流动的发展。
紊流可分为以下3 种。
(1) 均匀各向同性紊流：在流场中，不同点以及同一点在不同方向上的紊流特性都相同。
紊流粗糙区的雷诺数
紊流粗糙区的雷诺数（Re）是一个重要的流体力学参数，它反映了流体流动状态的特点。
在紊流粗糙区，雷诺数的影响主要体现在沿程阻力系数上。
以下是关于紊流粗糙区的雷诺数的相关解析：
1. 雷诺数的定义：雷诺数（Re）是描述流体流动状态的无量纲数，它表示惯性力与粘性力之间的相对关系。
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（如管道长度），μ为流体动力粘度。
2. 紊流粗糙区的划分：根据雷诺数的大小，可以将流体流动分为不同区域。
在紊流粗糙区（也称阻力平方区），雷诺数较大，流体流动呈现出强烈的湍流特征，沿程阻力与流速呈平方关系。
3. 沿程阻力系数与雷诺数的关系：在紊流粗糙区，沿程阻力系数λ与雷诺数Re和管壁相对粗糙度（a）有关。
具体关系可表示为：λ = f(Re, a)，其中f为某一函数。
在实验研究中，通常通过测量不同雷诺数和相对粗糙度下的沿程阻力系数，来探讨它们之间的关系。
4. 粗糙管的雷诺数影响：在粗糙管中，随着雷诺数Re的增大，沿程阻力系数λ会发生变化。
在紊流过渡区，雷诺数的影响逐渐减弱，而相对粗糙度的影响变得更加显著。
在阻力平方区，雷诺数对沿程阻力系数的影响相对较小，而相对粗糙度成为主导因素。
紊流过渡区的沿程阻力系数
紊流过渡区的沿程阻力系数紊流过渡区是指在河流或管道中，当流速增大到一定程度时，流体的运动状态从层流转变为紊流的过程。
在紊流过渡区，由于涡旋的形成和湍流的发展，会产生较大的阻力。
沿程阻力系数是描述紊流过渡区中阻力大小的一个参数。
一、紊流过渡区的定义和特点1. 紊流过渡区定义：当河流或管道中的液体运动状态由层流转变为紊流时，称之为紊流过渡区。
在这个区域内，液体分子之间的相互作用变得复杂，并且出现了湍动和涡旋。
2. 特点：- 流速增大：在紊流过渡区内，由于湍动和涡旋的形成，使得整个系统内部能量损失增加，从而导致总阻力增大。
- 液体混合：在紊流过渡区内，不同层次的液体会发生混合，使得整个系统内部物质交换更加充分。
- 阻力波动：由于湍动和涡旋的存在，在紊流过渡区内阻力会产生周期性波动。
二、沿程阻力系数的定义和计算方法沿程阻力系数是用来描述紊流过渡区中阻力大小的一个参数。
它表示单位长度内的阻力与流体动能之比，通常用符号λ表示。
沿程阻力系数的计算方法有多种，其中一种常用的方法是利用Prandtl-Kármán公式：λ = (τw / (ρ * V^2)) * L其中，λ为沿程阻力系数，τw为壁面摩擦应力，ρ为液体密度，V为平均流速，L为参考长度。
三、影响紊流过渡区沿程阻力系数的因素1. 流速：流速是影响紊流过渡区沿程阻力系数的主要因素。
当流速增大时，紊流过渡区扩展并向上游延伸，导致沿程阻力系数增加。
2. 管道或河道形状：管道或河道的形状对紊流过渡区和沿程阻力系数有很大影响。
较粗短、光滑且直径变化小的管道或河道会减小紊流过渡区，并降低沿程阻力系数。
3. 粗糙度：管壁或水底的粗糙度也会影响紊流过渡区和沿程阻力系数。
较粗糙的壁面或水底会增加摩擦阻力，导致沿程阻力系数增大。
4. 流体性质：流体的黏度和密度也会对紊流过渡区和沿程阻力系数产生影响。
黏度较大的流体会增加摩擦阻力，导致沿程阻力系数增大。
5. 液面坡度：液面坡度对紊流过渡区和沿程阻力系数也有一定影响。
圆管紊流中的上临界雷诺数
圆管紊流中的上临界雷诺数引言圆管中的流动现象一直是流体力学中的经典问题之一。
在一定流速范围内，流动是稳定的，而在超过某一流速阈值后，流动会变得不稳定，并出现紊流现象。
这一临界流速即为临界雷诺数。
本文将从理论分析和实验研究两个方面，深入探讨圆管紊流中的上临界雷诺数的相关内容。
理论分析什么是雷诺数？雷诺数是描述流体运动的无量纲数。
它由法国物理学家雷诺于19世纪末提出，被广泛应用于流体力学中。
对于一定形状和特定尺度的物体或流体流动，雷诺数的大小决定了流动的稳定性和特征。
上临界雷诺数的定义在圆管中的流动问题中，我们关注的是流速超过临界阈值后的紊流现象。
而上临界雷诺数则是指在圆管中的上限流速，当流速超过该值时，流动变为紊流。
上临界雷诺数的影响因素1.管道直径：直径越小，雷诺数的上临界值越低。
2.管道粗糙程度：管壁越光滑，流体越容易形成层流，上临界雷诺数越高。
3.层流初始条件：来流速度梯度越大，上临界雷诺数越高。
实验研究测量上临界雷诺数的方法1.可视化方法：通过流体中添加颜料、颗粒等物质，使流动现象可见，进而观察和测量上临界雷诺数。
2.声学测量方法：利用高频共振现象，通过测量共振频率和声速，计算出上临界雷诺数。
实验结果与分析通过一系列实验研究，可以得到以下结论：1.管道直径的影响：在相同粗糙度的管道中，管径越小，上临界雷诺数越低。
这是因为小直径管道中的流体速度梯度较大，层流现象更容易被破坏。
2.管道粗糙度的影响：同样直径的管道中，粗糙度越大，上临界雷诺数越低。
粗糙度会破坏层流，使得流体更容易形成紊流。
3.层流初始条件的影响：流速梯度越大，上临界雷诺数越高。
这是因为流速梯度越大，流体在管道内的速度差异越大，层流现象更难被破坏。
结论圆管紊流中的上临界雷诺数是一个重要的流体力学参数，它描述了流动从层流向紊流转变的临界条件。
该临界雷诺数的大小受到多个因素的影响，如管道直径、管道粗糙度和流体的初始条件等。
通过理论分析和实验研究，我们可以更好地理解和预测圆管紊流中的上临界雷诺数。
紊流运动的特征讲解
由此得 z1 所以
2g 按连续性方程，上式可写为
2 A2 v2 2 A1 v v v2 hj 1 A 2 g 1 2 g 或h j A 1 2g 2 2g 2 1 2 1 2 1 2 2
hj
A1 A2 0，于 当管道出口与大面积容器相连接时，A2 A1，
对控制面内的流体沿管轴方向 列动量方程有
p1 A1 p2 A2 p A2 A1 gA2l cos q2v2 1v1
式中， p 为涡流区环形面积 A2 A1 上的平均压强，为 l 1、2 1，考虑到 断面之间的距离。实验证明 p p1 ，取 1＝2＝
2、湍流特点及流动参数时均化 流体作湍流运动时，运动参数随时间不停地变化。如 图，瞬时速度随时间 t 不停地变化，但始终围绕一“平均 值”脉动，这种现象称为脉动现象。 如取时间间隔T，瞬时速度在T时间内的平均值称为时 均速度，可表示为
瞬时速度为： v v v 式中 v为脉动速度。 类似地，其它运动参数也可时均化处理。由上讨论可 知，湍流运动总是非定常的，但从时均意义上分析，可认 为是定常流动。
加以推导计算。为此，取断面1－1、2－2及两断面之间的管 壁为控制面，列两断面之间的伯努利方程
p v p v z1 1 1 1 z2 2 2 2 h j g 2 g g 2g
2 2
取 1＝2＝ 1，则
2 2 p1 p2 v1 v2 hj z1 g z2 g 2g
是 1 1，h j v12 2 g 。其它局部装置的局部阻力系数可查 有关手册确定。
cos z1 z2 l ，前式可写成
紊流名词解释
紊流名词解释随着科技的发展，人们对于自然界中的各种现象也有了更深入的研究和理解。
其中，涡旋和紊流是两个常见的现象。
涡旋是指流体在运动过程中形成的旋转流动，而紊流则是指流体在运动过程中产生的不规则、混乱的流动。
在本文中，我们将对紊流的相关概念进行解释。
一、紊流的定义紊流是指流体在运动过程中发生的一种不规则、混乱的流动。
在紊流中，流体的速度、方向和压力都会发生不规则的变化，导致流体的流动变得复杂和难以预测。
紊流通常发生在高速流动、复杂的流体运动或者流体与物体之间的摩擦等情况下。
二、雷诺数雷诺数是一个用于描述流体运动状态的参数，它是根据流体的密度、速度、长度和粘度等物理量计算得出的。
当雷诺数小于一定值时，流体的运动是属于稳定的，而当雷诺数超过一定值时，流体的运动就会变得不稳定，产生紊流。
因此，雷诺数是判断流体运动是否会产生紊流的一个重要参数。
三、涡旋和涡度涡旋是指流体在运动过程中形成的旋转流动，它通常是由于流体的速度不均匀或者流体与物体之间的摩擦等因素导致的。
涡旋通常是紊流产生的一个重要因素，因为它会导致流体的速度和方向发生不规则的变化，从而增加紊流的程度。
涡度是一个描述涡旋强度的参数，它是根据涡旋的速度和方向计算得出的。
涡度越大，表示涡旋越强，产生的紊流也更加剧烈。
四、湍流和层流湍流是指流体在运动过程中产生的不规则、混乱的流动，而层流则是指流体在运动过程中形成的稳定的流动。
在层流中，流体的速度和方向都是规律的，而在湍流中，流体的速度和方向都是不规律的。
在一些工业应用中，例如输送流体或者控制流体的运动等情况下，层流通常是更为理想的状态，因为它具有稳定、可控、节能等优点。
而在一些特殊情况下，例如高速运动、流体混合等情况下，湍流则是不可避免的。
五、流场和湍能流场是指流体在运动过程中所占据的空间，它是一个描述流体运动状态的重要概念。
在流场中，流体的速度、方向和压力等物理量都会发生变化，从而影响流体的运动状态。
桥墩紊流宽度
桥墩紊流宽度
在桥梁建设中，桥墩紊流宽度是一个非常重要的参数，其对于桥梁的安全性和经济性具有重要影响。
桥墩紊流宽度是指桥梁桥墩下游在一定的洪水流量条件下产生的紊流的最大水平范围，通常采用一定的标准来计算和规定。
桥墩紊流的产生主要是由于洪水在过桥梁时的阻力和摩擦力的影响，使下游水流速度增高，压力降低，形成了一定程度上的紊流。
这种紊流的存在，不仅会增加桥梁的桥位沉降和桥墩基础的侵蚀，还会增加桥梁的振动和破坏风险，因此需要对其进行有效的控制。
桥墩紊流宽度的计算主要采用两种方法，一种是基于经验公式的计算方法，一种是采用计算流体力学（CFD）方法进行数值模拟。
对于简单的桥梁结构，经验公式方法可以提供较为准确的计算结果，但对于复杂的桥梁结构和复杂的水流情况，CFD方法可以更为准确地模拟和计算桥墩紊流宽度。
在桥墩紊流宽度的规定和设计中，通常采用两种不同的设计水位，即常水位和洪水位。
常水位是考虑到静态水压力作用下桥墩基础稳定所需的水位，洪水位是考虑到动态水力作用下的水位，因此两者的水位高度不同，也会影响到桥墩紊流宽度的计算。
此外，还要考虑到不同的河道形态和流量条件。
对于比较平缓的河流，桥墩紊流宽度相对较小，对于比较陡峭且流速较快的河流，则桥墩紊流宽度会比较大。
在设计时还要考虑到洪水的频率和流量，以选择合适的洪水条件进行计算和规定。
总之，桥墩紊流宽度是桥梁设计和建设中一个非常重要的参数，需要充分考虑各种因素，灵活采用不同的计算方法，并进行有效的控制，以确保桥梁的安全性和经济性。
紊流度的定义
紊流度的定义紊流度是流体力学中描述流体流动状态的一个重要参数。
当流体在管道中流动时，由于管道内壁的粗糙度或不规则性，会在流体中形成许多旋涡和涡流。
这些旋涡和涡流的存在会使流体流动变得复杂，随机性增强，就是所谓的紊流。
紊流度是指流体在流动过程中出现紊流的程度。
其大小与流体速度、流体密度、管道直径、管道内壁粗糙度、管道长度等因素有关。
一般来说，流体速度越大，管道内壁越粗糙，管道直径越小，管道长度越长，流体流动就越容易出现紊流，紊流度也就越大。
在实际应用中，紊流度对于流体流动的稳定性、流量的准确计算、管道内壁磨损的评估等方面都有着重要的影响。
因此，如何准确地计算紊流度，是流体力学研究中的一个重要问题。
常用的计算紊流度的方法有两种：一种是通过实验测量，另一种是通过理论分析。
实验测量方法通常采用热线、激光等技术，通过测量流体中的涡旋和涡流的数量、大小、速度等参数，来计算出紊流度。
理论分析方法则是通过数学模型和计算机仿真等手段，对流体流动进行模拟和分析，从而得到紊流度的数值。
无论采用哪种方法，都需要考虑流体在不同流动条件下的紊流度变化规律。
例如，在液体的流动中，当流速低于一定值时，流体的流动是层流状态，此时紊流度很小；当流速逐渐增大时，流体会逐渐从层流状态转变为紊流状态，此时紊流度会随着流速的增加而增加；当流速进一步增加时，流体流动将会变得更加复杂，此时紊流度会达到一个极值，称为临界紊流度；当流速继续增加时，紊流度会继续增加，但增加速度会逐渐减缓，直至达到一个稳定值。
紊流度是描述流体流动状态的一个重要参数，对于流体力学研究、工程实践等方面都有着重要的应用。
通过合理的计算方法和实验手段，我们可以更好地理解和掌握流体的流动规律，为实际应用提供科学依据。
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决定湍流参数
在入口、出口或远场边界流入流域的流动，FLUENT需要指定输运标量的值。
本节描述了对于特定模型需要哪些量，并且该如何指定它们。
也为确定流入边界值最为合适的方法提供了指导方针。
使用轮廓指定湍流参量
在入口处要准确的描述边界层和完全发展的湍流流动，你应该通过实验数据和经验公式创建边界轮廓文件来完美的设定湍流量。
如果你有轮廓的分析描述而不是数据点，你也可以用这个分析描述来创建边界轮廓文件，或者创建用户自定义函数来提供入口边界的信息。
一旦你创建了轮廓函数，你就可以使用如下的方法：
●Spalart-Allmaras模型：在湍流指定方法下拉菜单中指定湍流粘性比，并在在湍流粘性
比之后的下拉菜单中选择适当的轮廓名。
通过将m_t/m和密度与分子粘性的适当结合，FLUENT为修改后的湍流粘性计算边界值。
●k-e模型：在湍流指定方法下拉菜单中选择K和Epsilon并在湍动能（Turb. Kinetic
Energy）和湍流扩散速度（Turb. Dissipation Rate）之后的下拉菜单中选择适当的轮廓名。
●雷诺应力模型：在湍流指定方法下拉菜单中选择K和Epsilon并在湍动能（Turb. Kinetic
Energy）和湍流扩散速度（Turb. Dissipation Rate）之后的下拉菜单中选择适当的轮廓名。
在湍流指定方法下拉菜单中选择雷诺应力部分，并在每一个单独的雷诺应力部分之后的下拉菜单中选择适当的轮廓名。
湍流量的统一说明
在某些情况下流动流入开始时，将边界处的所有湍流量指定为统一值是适当的。
比如说，在进入管道的流体，远场边界，甚至完全发展的管流中，湍流量的精确轮廓是未知的。
在大多数湍流流动中，湍流的更高层次产生于边界层而不是流动边界进入流域的地方，因此这就导致了计算结果对流入边界值相对来说不敏感。
然而必须注意的是要保证边界值不是非物理边界。
非物理边界会导致你的解不准确或者不收敛。
对于外部流来说这一特点尤其突出，如果自由流的有效粘性系数具有非物理性的大值，边界层就会找不到了。
你可以在使用轮廓指定湍流量一节中描述的湍流指定方法，来输入同一数值取代轮廓。
你也可以选择用更为方便的量来指定湍流量，如湍流强度，湍流粘性比，水力直径以及湍流特征尺度，下面将会对这些内容作一详细叙述。
湍流强度I定义为相对于平均速度u_avg的脉动速度u^'的均方根。
小于或等于1%的湍流强度通常被认为低强度湍流，大于10%被认为是高强度湍流。
从外界，测量数据的入口边界，你可以很好的估计湍流强度。
例如：如果你模拟风洞试验，自由流的湍流强度通常可以从风洞指标中得到。
在现代低湍流风洞中自由流湍流强度通常低到0.05%。
.
对于内部流动，入口的湍流强度完全依赖于上游流动的历史，如果上游流动没有完全发展或者没有被扰动，你就可以使用低湍流强度。
如果流动完全发展，湍流强度可能就达到了百分之几。
完全发展的管流的核心的湍流强度可以用下面的经验公式计算：
()81Re 16.0-≅'≡H D avg u u I
例如，在雷诺数为50000是湍流强度为4%
湍流尺度l 是和携带湍流能量的大涡的尺度有关的物理量。
在完全发展的管流中，l 被管道的尺寸所限制，因为大涡不能大于管道的尺寸。
L 和管的物理尺寸之间的计算关系如下： L l 07.0=
其中L 为管道的相关尺寸。
因子0.07是基于完全发展湍流流动混合长度的最大值的，对于非圆形截面的管道，你可以用水力学直径取代L 。
如果湍流的产生是由于管道中的障碍物等特征，你最好用该特征长度作为湍流长度L 而不是用管道尺寸。
注意：公式L l 07.0=并不是适用于所有的情况。
它只是在大多数情况下得很好的近似。
对于特定流动，选择L 和l 的原则如下：
● 对于完全发展的内部流动，选择强度和水力学直径指定方法，并在水力学直径流场中指
定L=D_H 。
● 对于旋转叶片的下游流动，穿孔圆盘等，选择强度和水力学直径指定方法，并在水力学
直径流场中指定流动的特征长度为L
● 对于壁面限制的流动，入口流动包含了湍流边界层。
选择湍流强度和长度尺度方法并使
用边界层厚度d_99来计算湍流长度尺度l ，在湍流长度尺度流场中输入l=0.4 d_99这个值
湍流粘性比m_t/m 直接与湍流雷诺数成比例(Re_t ?k^2/(e n))。
Re_t 在高湍流数的边界层，剪切层和完全发展的管流中是较大的(100到1000)。
然而，在大多数外流的自由流边界层中m_t/m 相当的小。
湍流参数的典型设定为1 < m_t/m <10。
要根据湍流粘性比来指定量，你可以选择湍流粘性比（对于Spalart-Allmaras 模型）或者强度和粘性比（对于k-e 模型或者RSM ）。
推导湍流量的关系式
要获得更方便的湍流量的输运值，如：I, L,或者m_t/m ，你必须求助于经验公式，下面是FLUENT 中常用的几个有用的关系式。
要获得修改的湍流粘性，它和湍流强度I 长度尺度l 有如下关系：
Il u v avg 2
3~= 在Spalart-Allmaras 模型中，如果你要选择湍流强度和水力学直径来计算l 可以从前面的公式中获得。
湍动能k 和湍流强度I 之间的关系为： ()22
3I u k avg = 其中u_avg 为平均流动速度
除了为k 和e 指定具体的值之外，无论你是使用湍流强度和水力学直径，强度和长度尺度或者强度粘性比方法，你都要使用上述公式。
如果你知道湍流长度尺度l 你可以使用下面的关系式：
l k C 2
343με= 其中C μ是湍流模型中指定的经验常数（近似为0.09），l 的公式在前面已经讨论了。
除了为k 和e 制定具体的值之外，无论你是使用湍流强度和水力学直径还是强度和长度尺度，你都要使用上述公式。
E 的值也可以用下式计算，它与湍流粘性比m_t/m 以及k 有关：
1
2-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=μμμρεμt k C 其中C μ是湍流模型中指定的经验常数（近似为0.09）。
除了为k 和e 制定具体的值之外，无论你是使用湍流强度和水力学直径还是强度和长度尺度，你都要使用上述公式。
如果你是在模拟风洞条件，在风洞中模型被安装在网格和/或金属网格屏下游的测试段，你可以用下面的公式：
∞
∞∆≈L kU ε 其中，k ∆是你希望的在穿过流场之后k 的衰减(比方说k 入口值的10%), U ∞自由流的速度L ∞是流域内自由流的流向长度Equation 9是在高雷诺数各向同性湍流中观察到的幂率衰减的线性近似。
它是基于衰减湍流中k 的精确方程U ?k/?x = - e.
如果你用这种方法估计e ，你也要用方程7检查结果的湍流粘性比m_t/m ，以保证它不是太大。
虽然这不是FLUENT 内部使用的方法，但是你可以用它来推导e 的常数自由流值，然后你可以用湍流指定方法下拉菜单中选择K 和Epsilon 直接指定。
在这种情况下，你需要使用方程3从I 来计算k 。
当使用RSM 时，如果你不在雷诺应力指定方法的下拉列表中使用雷诺应力选项，明显的制定入口处的雷诺应力值，它们就会近似的由k 的指定值来决定。
湍流假定为各向同性，保证
0=j i u u
以及
k u u 3
2=αα (下标a 不求和).
如果你在雷诺应力指定方法下拉列表中选择K 或者湍流强度，FLUENT 就会使用这种方法。
对大涡模拟（LES ）指定入口湍流
大涡模拟模型一节中所描述的LES 速度入口中指定的的湍流强度值，被用于随机扰动入口
处速度场的瞬时速度。
它并不指定被模拟的湍流量。
正如大涡模拟模型中介绍的边界条件中所描述的，通过叠加每个速度分量的随机扰动来计算流动入口边界处的随机成分.。