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
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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.。