为什么说雷诺数是描述流体运动的重要数据？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2022-06-29 09:21 标签： 流体最基本的特征

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1、量测实验八雷诺实验（一）目的要求1、测定沿程水头损失与断面平均流速的关系，并确定临界雷诺数。2、加深对不同流态的阻力损失规律的认识。（二）仪器设备设备如图II-8-1所示。另备打气筒一个、量筒一个、秒表一只、温度计一只。图II-8-1雷诺实验仪（局部）（三）实验原理1、列量测段1 1与22断面的能量方程:p |Y 2g7<+,Jw(l2)rh于是等直径管道恒定均匀流，所以=匕，0严。2，hg =即沿程水头损失 等于量测段的测压管水头差: hf =(Z + ) - (z2 + )将断面1一1与断面2-2的测圧管接至斜比圧计上，其倾斜角为Q,令斜比压计测压管液面高程的读数为y及2,则 hf

2、=(V, -V2)sinnfhf由于量测段长度为乙 则水力坡度丿=丄。L2、用体积法测定流量W利用量筒与秒表，得到量筒盛水的时间T及T时段内盛水的体积W。则流量2 = ,相应的断面平均流速V=,其屮A为管道过水断面而积。A3、量测水温，查相关曲线得运动粘性系数u或用下式计算:(cni2/s)0.017751 + 0.0337F +0.000221"式中/为水温；单位：°C4、根据已知的管径d和实测得到的断面平均流速V以及水的运动粘滞性系数"则nJ得到相应于不同流速时的雷诺数:V（四）方法步骤1、启动水泵，向高位水箱充水，并使高位水箱稍有溢水。再全开管道上的尾阀，以

3、冲洗管道。2、关闭尾阀，松开比压计上端三通管止水夹进行排气。待管道和测压管内的气体排净后， 用打气筒经三通管端头向比圧计注入圧缩空气，使两测管水面降至测圧管中部便于测读处, 再将止水夹夹紧三通管顶端，以防止压缩气体外泄。拔去打气筒，检查两测管屮水面是否齐 平；若不平，则应进行调整或重新排气。3、从紊流做到层流。将尾阀打到一定的开度（斜比压计上测压管液而的读数差约为10厘米 左右），开始实验，待水流稳定后，测读V" J W、卩便完成了第一个测次。并立即计算 出Q、V和然后逐次关小尾阀，重复上述操作与测读，一直做到管道出流几乎成滴淋 状，此时斜比压计上测压管液面的读数差约为1毫米左右，则

4、为完成了从紊流到层流的全部 实验过程。4、再从层流做到紊流，逐次开大尾阀，按上述操作逐次测读。（若时间有限，可不做此步骤）。5、实验过程屮，每半小时量测一次水温，用水温平均值计算运动粘性系数6、对实测数据进行分析计算。在坐标纸上以lo酎为纵座标，log#为横坐标（注意最好纵横 座标为1:1）,点绘logJ-logV相关实验数据及曲练标出层流区和紊流区数据点的线性趋势 线及趋势线方程；从该曲线上确定出下临界流速点，并计算出下临界流速值以和临界雷诺 数Rj的值。（五）注意事项管流流态实验（亦称雷诺实验）的技术性比较强，必须精心操作，才能取得反映真实情况的 成果。1、试验过程屮尾阀只能朝一个方向关小

看题主的困惑在于雷诺数和激发湍流（转捩）的关系。

事实上湍流并不是高雷诺数激发的，而是扰动激发的。

层流是流动的稳定状态，出现的扰动如果能够被抑制，流动就一直是稳定的层流；如果扰动无法被抑制，就会导致流动失稳，层流就转捩为湍流。（这里“稳定”、“扰动”的意思，和把一个圆球放在平面上、放在尖峰、放在谷底那个例子里的稳定性是一样的，扰动无处不在。）

转捩和雷诺数有什么关系？理论上，求解Orr-Sommerferd方程会给出某种扰动下雷诺数多大会发生转捩。题主若有兴趣，可以看看这方面内容（讲湍流的书上都会有）。

从物理上“感受”的话，雷诺数比较小的时候，就是粘性比较大，外来的扰动容易被粘性“吃掉”、消耗为热能；当雷诺数比较大时，粘性抑制不住扰动，于是就失稳了。就像对着缓慢流动的黏糊糊的油吹一口气，油也就晃动一下；但对着袅袅炊烟吹一口气，炊烟就会变得一团混乱。

如果题主有兴趣，还可以继续想想，如果对着以极高速度流动的空气（就是雷诺数非常大）吹一口气，空气会混乱吗？为什么？

需要讨论雷诺数的例子还有很多。

比如题主说了雷诺数代表流体惯性力和粘性力的比值，那么不同雷诺数的来流经过两个相同的平板，出口附面层厚度一样吗？壁面的粘性阻力一样吗？哪个更大？题主先不要做计算分析一下，然后再看看公式里雷诺数是怎样出现的。

这就是为什么有些实验希望保持雷诺数相等，对于简单的情况，只要雷诺数相等，即使速度、密度、粘度都不一样，附面层厚度、粘性阻力系数还是相同的。

再扯远一点，我们在分析湍流附面层内的速度分布时，定义了一个 y-plus(y+) 来表示与壁面的距离 。这个定义“恰好”又是一个用典型速度定义出的雷诺数（所以 y+ 又叫做旋涡雷诺数）。

题主猜一下，附面层内远离壁面时，粘性的影响力是在变大还是在变小？如果说 y+ 代表了典型旋涡的大小，那么是大旋涡还是小旋涡受粘性影响大？

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