流动的两种形态与雷诺实验

5液流形态与水头损失

5.1水头损失及其分类

5.2均匀流沿程水头损失与水流阻力关系

5.3流动的两种型态与雷诺实验

5.4层流运动

5.5紊流运动

5.6紊流的沿程水头损失

5.7局部水头损失5.3液流运动的两种型态

5.3.1雷诺实验5.3.2液流流态的判断5.3液流运动的两种型态

5.3.1雷诺实验5.3.2液流流态的判断雷诺：O.OsborneReynolds(1842～1912)

英国力学家、物理学家和工程师，杰出实验科学家

1867年-剑桥大学王后学院毕业

1868年-曼彻斯特欧文学院工程学教授

1877年-皇家学会会员

1888年-获皇家勋章

1905年-因健康原因退休雷诺兴趣广泛，一生著述很多，近70篇论文都有很深远的影响。论文内容包括力学热力学电学航空学蒸汽机特性等在流体力学方面最重要的贡献：

1883年—发现液流两种流态：层流和紊流，提出以雷诺数判别流态。

在流体力学方面最重要的贡献：

1883年—发现流动相似律对于几何条件相似的流动，即使其尺寸、速度、流体不同,只要雷诺数相同,

则流动是动力相似。

实际液体运动中存在两种不同型态：层流和紊流不同型态的液流，水头损失规律不同雷诺实验揭示出雷诺试验装置颜色水hfl颜色水hfl打开下游阀门，保持水箱水位稳定颜色水hfl再打开颜色水开关，则红色水流入管道层流：红色水液层有条不紊地运动，红色水和管道中液体水相互不混掺（实验）颜色水hfl下游阀门再打开一点，管道中流速增大红色水开始颤动并弯曲，出现波形轮廓红颜色水射出后，完全破裂，形成漩涡，扩散至全管，使管中水流变成红色水。这一现象表明：液体质点运动中会形成涡体，各涡体相互混掺。颜色水hfl下游阀门再打开一点，管中流速继续增大颜色水hfl层流：流速较小时，各流层液体质点有条不紊运动，相互之间互不混杂。颜色水hfl紊流：当流速较大时，各流层的液体质点形成涡体，在流动过程中，互相混杂。（紊流实验）实验时，结合观察红颜色水的流动，量测两测压管中的高差以及相应流量，建立水头损失hf

和管中流速v的试验关系，并点汇于双对数坐标纸上。颜色水hfl颜色水hfl试验按照两种顺序进行:(1)流量增大（2）流量减小试验结果如下图所示。AC

、ED：直线段CDAlg

v’kB层流紊流EAB

、DE：直线段BDAlg

vk层流紊流EBDAlg

vkClg

v’k60.3~63.4°45°层流过渡

紊流EBDAvkCv’k45°层流过渡紊流在双对数坐标上，点汇水头损失和流速的关系为：θ2＝60.3°～63.4°Elg

vklg

v’kBDALg

vkCLg

v’k层流过渡紊流θ2＝60.3°～63.4°层流θ1

=45°

m=1紊流θ2=60.3~63.4°

m=1.75~2.00θ1＝45°E层流θ1

=45°

m=1紊流θ2=60.3~63.4°

m=1.75~2.00可见，欲求出水头损失，必须先判断流态。

5.3液流运动的两种型态

实际液体运动中存在两种不同型态：层流和紊流不同的型态的液流，水头损失规律不同。5.3.1雷诺实验5.3液流运动的两种型态

5.3.1雷诺实验5.3.2液流流态的判断雷诺发现，判断层流和紊流的临界流速与液体密度、动力粘性系数、管径关系密切，提出液流型态可用下列无量纲数判断式中，Re为雷诺数，无量纲数。液流型态开始转变时的雷诺数叫做临界雷诺数下临界雷诺数上临界雷诺数BDALg

vk层流紊流下临界流速ECDAB层流紊流上临界流速Elg

v’kBDALg

vkC

lg

v’k层流过渡紊流θ2＝60.3°～63.4°θ1＝45°E大量试验证明上临界雷诺数不稳定下临界雷诺数较稳定上临界雷诺数随液流来流平静程度、来流有无扰动的情况而定。扰动小的液流其可能大一些。

大量试验证明上临界雷诺数不稳定下临界雷诺数较稳定上临界雷诺数：

将水箱中的水流充分搅动后再进行了实验，测得上临界雷诺数达约12000～20000大量试验证明上临界雷诺数不稳定下临界雷诺数较稳定上临界雷诺数：

Ekman1910年进行了实验。实验前将水箱中液体静止几天后，测得上临界雷诺数达50000。大量试验证明上临界雷诺数不稳定下临界雷诺数较稳定因此，用下临界雷诺数判断流态，实验得到：

圆管Rek

＝2320明渠Rek

＝580Re

>Rek

＝2320紊流圆管dRe

<Rek

＝2320层流

Re>Rek

＝580紊流明渠bhm