雷诺数具有什么物理意义
流体流动-雷诺数
由此可知，对于管流来说，只在进口段内才有边界层内外之分 。
在边界层汇合处，若边界层内流动是层流，则以后的管内流动 为层流；
若在汇合之前边界层内的流动已经发展成湍流，则以后的管内流 动为湍流。
进口段内有边界层内、外之分。也分为层流边界层与湍流边界层。
进口段长度：
层流：Le/d=0.05Re 湍流：Le /d≈50
例 有一内径为25mm的水管，如管中流速为1.0m/s ，水温为20℃。求：（1）管道中水的流动类型； （2 ）管道内水保持层流状态的最大流速。
解 ：(1)20℃水μ=1cP，ρ=998.2kg/m3
Re
du
0.0251 998.2 1
2.5 104 4000
1000
(2)保持层流需
Re dumax
三、Re的物理意义 Re反映了流体流动中惯性力与粘性力的对比关
系，标志着流体流动的湍动程度。
四、层流和湍流的比较
内部质点运动方式不同。层流流体质点作直线运动， 即流体分层运动；湍流流体在总体上沿管道向前运动， 同时还在各个方向作随机的脉动
从输送流体的角度考虑：湍流增加了能量消耗，输 送流体时不宜采用太高的流速；但从传质和传热的角 度考虑，湍流时质点运动速度加大使层流内层厚度减 小，有利于加大传质和传热的传递速率，所以在传质 和传热过程中，往往在输送条件的允许下尽可能提高 流体的流速。
两种流动形态：
层流(或滞流)：流体质点仅沿着与管轴平行的方向 作直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不混合；
湍流（或紊流） ：流体质点除了沿管轴方向向前 流动外，还有径向脉动，各质点的速度在大小和方 向上都随时变化，质点互相碰撞和混合。
二、流型判据——雷诺准数
Re du
雷诺现象演示 结果与讨论 化工原理
雷诺现象演示结果与讨论化工原理一、实验目的观察流体在管内流动的各种流态，建立层流和湍流流动型态的感性认识、熟悉雷诺准数Re的测定和计算方法、验证临界雷诺准数。
熟悉流动类型与Re之间的关系、了解层流时流体在管道中的速度分布情况、了解溢流装置的作用，正确判断稳流。
二、实验原理液体在运动时，存在着两种根本不同的流动状态。
当液体流速较小时，惯性力较小，粘滞力对质点起控制作用，使各流层的液体质点互不混杂，液流呈层流运动。
当液体流速逐渐增大，质点惯性力也逐渐增大，粘滞力对质点的控制逐渐减弱。
当流速达到一定程度时，各流层的液体形成涡体并能脱离原流层，液流质点即互相混杂，液流呈湍流运动。
这种从层流到紊流的运动状态，反应了液流内部结构从量变到质变的一个变化过程。
液体运动的层流和紊流两种型态，首先由英国物理学家雷诺进行了定性与定量的证实，并根据研究结果，提出液流型态可用下列无量纲数来判断。
三、设置讨论1、液体流态与哪些因素有关？为什么外界干扰会影响液体流态的变化？2、雷诺数的物理意义是什么？为什么雷诺数可以用来判别流态？3、临界雷诺数与哪些因素有关？为什么上临界雷诺数和下临雷诺数不一样？4、为什么要保持微量溢流？5、是否可以用流速直接判断管路中的流体形态，如果可以，有何条件？6、为何认为上临界雷诺数无实际意义，而采用下临界雷诺数作为层湍流的判据？本实验中如在相同条件下（环境、温度、仪器设备等）测出下临界雷诺数与所测上临界雷诺数有何异同？为什么？试计算雷诺数与教材雷诺准数分析比较，解析原因。
四、总结点评各组实验的效果根据各组实验组的操作情况加以比较并点评，指出优点和不足。
强调实验报告的格式和编写，特别是数据处理和结论分析，鼓励提出修改方案。
要求做好下次实验预习准备。
流体力学第五章题库
名词解释1．黏性流体单位中立形式的伯努利方程：w a a h gv g pz g v g p +++=++22z 22222111αραρ2.方程适用条件1.流动为定常流动2流体为黏性不可压缩的重力流体3列方程的两过流断面必须是缓变流截面，而不必顾忌两截面间是否有急变流。
3．动能修正系数α的大小取决于过流断面上流速分布的均匀程度，以及断面的形状和大小，流速分布越均匀，其数值越接近于一，流速分布越不均匀，其数值就越大，。
4．流体在其流动过程中要克服黏性摩擦力，总流的机械能沿流程不断减小，总水头线不断降低。
5.相似准则：在几何相似的条件下，两种物理现象保证相似的条件或准则。
6.牛顿数：作用力与惯性力的比值。
Ne=F/ρl ²v ²7.弗劳德数：物理意义为惯性力与重力的比值。
Fr=v/（gl ）½ 8.雷诺数：物理意义为惯性力与黏性力的比值。
Re=vl/υ 9.欧拉数：物理意义为总压力与惯性力的比值。
Eu=Δp/ρv ² 10.柯西数：物理意义为惯性力与弹性力的比值。
Ca=ρv ²/K 11.马赫数：（流场中流体为气体）物理意义为惯性力与弹性力的比值。
Ma=v/c 12.韦伯数：物理意义为惯性力与表面张力的比值。
We=ρv ²l/σ13.斯特劳哈尔数：物理意义为当地惯性力与迁移惯性力的比值。
Sr=l/vt14.层流：着色流体和周围的流体互不掺混，流线为直线，流体质点只有沿圆管轴向的运动，而没有径向运动，这种流动状态称为层流或片流。
15.紊流：流体质点不仅有轴向运动，也具有径向运动，处于一种无序的紊乱状态，这种流动状态称为紊流或湍流。
16.边界层:黏性流体流经固体壁面时，在固体壁面法线方向上存在一速度急剧变化的薄层，称为边界层。
17.管道进口段:边界层相交以前的管段称为管道进口段（或称起始段），其长度以L*表示。
18.准定常流动/时均定常流：流场中的时均参数不随时间改变的紊流流动称为准定常流动或时均定常流。
传热学bi、fo、nu、re、pr、gr准则数的定义式及其物理意义
传热学bi、fo、nu、re、pr、gr准则数的定义式及其物理意义摘要：一、传热学基本概念介绍二、Bi准则数的定义及物理意义三、Fo准则数的定义及物理意义四、Nu准则数的定义及物理意义五、Re准则数的定义及物理意义六、Pr准则数的定义及物理意义七、Gr准则数的定义及物理意义八、总结正文：传热学是研究物体间热量传递规律的一门学科，其中Bi、Fo、Nu、Re、Pr、Gr准则数是传热学中重要的无量纲数，它们在描述热传递过程有着重要的应用。
一、Bi准则数（毕托管数）：Bi = q/(kA)，其中q为热流密度，k为导热系数，A为传热面积。
Bi数描述了热流在物体内部分布的均匀性，当Bi数远小于1时，热流在物体内部分布均匀，传热过程可视为稳态；当Bi数远大于1时，热流在物体内部分布不均匀，传热过程趋向于非稳态。
二、Fo准则数（福克数）：Fo = Re/(Pr)，其中Re为雷诺数，Pr为普朗特数。
Fo数描述了流体流动对传热的影响，当Fo数远小于1时，流体流动对传热的影响较小；当Fo数远大于1时，流体流动对传热的影响较大。
三、Nu准则数（努塞尔数）：Nu = q/(kA)，其中q为热流密度，k为导热系数，A为传热面积。
Nu数描述了热传导过程的特性，当Nu数远小于1时，热传导过程可视为稳态；当Nu数远大于1时，热传导过程趋向于非稳态。
四、Re准则数（雷诺数）：Re = ul/(kρ)，其中u为流体速度，l为特征长度，k为导热系数，ρ为流体密度。
Re数描述了流体流动的特性，当Re数远小于1时，流体流动呈层流状态；当Re数远大于1时，流体流动呈湍流状态。
五、Pr准则数（普朗特数）：Pr = k/(ρcp)，其中k为导热系数，ρ为流体密度，cp为流体比热容。
Pr数描述了流体热传导与对流换热的相对重要性，当Pr数远小于1时，热传导作用占主导地位；当Pr数远大于1时，对流换热作用占主导地位。
六、Gr准则数（格拉特数）：Gr = q/(kA)，其中q为热流密度，k为导热系数，A为传热面积。
传热学简答题
传热学简答题1、分别写出N u 、R e 、P r 、B i 数的表达式，并说明其物理意义。
答：（1）努塞尔数，λl h Nu =，它表示表面上无量纲温度梯度的大小。
（2）雷诺数，νl u ∞=Re ，它表示惯性力和粘性力的相对大小。
（3）普朗特数，a ν=Pr ，它表示动量扩散厚度和能量扩散厚度的相对大小。
（4）毕渥数，λlh B i =，它表示导热体内部热阻与外部热阻的相对大小。
(它表示无量纲热阻)2、试分析气、液、固三种状态物体导热机理？答：固体：①导电固体：自由电子的移动②非导电固体：晶格的震动气体：气体分子的不规则运动及碰撞液体：说法不一（类固体或类气体）3、热扩散系数（导温系数）是表征什么的物理量？导温系数与导热系数的区别是什么？ 答：热扩散率ca ρλ=，与导热系数一样都是物性参数，它是表征物体传递温度的能力大小，亦称为导温系数，热扩散率取决于导热系数λ和c ρ的综合影响；而导热系数是反映物体的导热能力大小的物性参数。
一般情况下，稳态导热的温度分布取决于物体的导热系数，但非稳态导热的温度分布不仅取决于物体的导热系数，还取决于物体的导温系数。
4、非稳态导热的集总参数法的适用条件是什么？满足集总参数法的物体，其内部温度分布有何特点？答：集总参数法的适用条件是B i<0.1，应用于物体的导热系数相当大，或者几何尺寸很小，或表面传热系数极低；其特点是当物体内部导热热阻远小于外部对流换热热阻时，物体内部在同一时刻均处于同一温度，物体内部的温度仅是时间的函数，而与位置无关。
（集总参数法的适用条件是对于平板B i<0.1，对于圆柱B i<0.05，对于球B i<0.033。
）5、黑体、白体、灰体的含义？答：黑体：我们把吸收率等于1的物体白体：我们把穿透率等于1的物体灰体：是指物体单色辐射力与同温度黑体单色辐射力随波长的变化曲线相似，或它的单色发射率不随波长变化的物体；或单色吸收比与波长无关的物体，即单色吸收比为常数的物体。
雷诺实验
雷诺实验一、实验目的1. 观察层流和紊流的流态及其转换特征。
2. 通过临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则。
二、实验原理1、实际流体的流动会呈现出两种不同的型态：层流和紊流，它们的区别在于：流动过程中流体层之间是否发生混掺现象。
在紊流流动中存在随机变化的脉动量，而在层流流动中则没有，如图1所示。
2、圆管中恒定流动的流态转化取决于雷诺数。
雷诺根据大量实验资料，将影响流体流动状态的因素归纳成一个无因次数，称为雷诺数Re ，作为判别流体流动状态的准则4Re QD πυ=式中 Q ——流体断面平均流量，L sD ——圆管直径，mmυ——流体的运动粘度，2m s在本实验中，流体是水。
水的运动粘度与温度的关系可用泊肃叶和斯托克斯提出的经验公式计算36((0.58510(T 12)0.03361)(T 12) 1.2350)10υ--=⨯⨯--⨯-+⨯式中υ——水在t C ︒时的运动粘度，2m s ；T ——水的温度，C ︒。
3、判别流体流动状态的关键因素是临界速度。
临界速度随流体的粘度、密度以及流道的尺寸不同而改变。
流体从层流到紊流的过渡时的速度称为上临界流速，从紊流到层流的过渡时的速度为下临界流速。
4、圆管中定常流动的流态发生转化时对应的雷诺数称为临界雷诺数，对应于上、下临界速度的雷诺数，称为上临界雷诺数和下临界雷诺数。
上临界雷诺数表示超过此雷诺数的流动必为紊流，它很不确定，跨越一个较大的取值范围。
而且极不稳定，只要稍有干扰，流态即发生变化。
上临界雷诺数常随实验环境、流动的起始状态不同有所不同。
因此，上临界雷诺数在工程技术中没有实用意义。
有实际意义的是下临界雷诺数，它表示低于此雷诺数的流动必为层流，有确定的取值。
通常均以它作为判别流动状态的准则，即Re < 2320 时，层流Re > 2320 时，紊流该值是圆形光滑管或近于光滑管的数值，工程实际中一般取Re = 2000。
5、实际流体的流动之所以会呈现出两种不同的型态是扰动因素与粘性稳定作用之间对比和抗衡的结果。
雷诺实验
雷诺实验一、实验目的要求1．观察层流、紊流的流态及其转换特征；2．测定下临界雷诺数，掌握圆管流态判别准则；3．掌握误差分析在实验数据处理中的应用。
二、实验原理1．实验装置图自循环雷诺实验装置图1.自循环供水器；2.实验台；3.可控硅无级调速器；4.恒压水箱；5.有色水水管；6. 稳水孔板；7.溢流板；8.实验管道；9.实验流量调节阀。
2．实验原理根据雷诺数的表达式Re=VD/ν，结合连续性方程Q=AV，得Re=4Q/(πDν)其中V表示管道中的平均流速，D表示管道直径，为水的运动粘性系数。
通过层流与紊流的运动学特点，观察、判断层流向紊流转变时的情况，并测量相应数值，按上式计算获得雷诺数。
层流向湍流转变的临界状态所测雷诺数称为上临界雷诺数，湍流向层流转变的临界状态所测雷诺数称为下临界雷诺数。
水的运动黏性系数与温度有关，可由下式计算出其中T为温度，以摄氏度为单位。
三、实验方法与步骤1．测记本实验的有关常数。
2．观察两种流态。
打开开关3使水箱充水至溢流水位，经稳定后，微微开启调节阀9，并注入颜色水于实验管内，使颜色水流成一直线。
通过颜色水质点的运动观察管内水流的层流流态，然后逐步开大调节阀，通过颜色水直线的变化观察层流转变到紊流的水力特征，待管中出现完全紊流后，再逐步关小调节阀，观察由紊流转变为层流的水力特征。
3．测定下临界雷诺数。
(1)将调节阀打开，使管中呈完全紊流，再逐步关小调节阀使流量减小。
当流量调节到使颜色水在全管刚呈现出一稳定直线时，即为下临界状态；(2)待管中出现临界状态时，用体积法测定流量；(3)根据所测流量计算下临界雷诺数，并与公认值（2300）比较，偏离过大，需重测；(4)重新打开调节阀，使其形成完全紊流，按照上述步骤重复测量不少于三次；(5)同时用水箱中的温度计测记水温，从而求得水的运动粘度。
[注意](1)每调节阀门一次，均需等待稳定几分钟；(2)关小阀门过程中，只许渐小，不许开大；(3)随出水流量减小，应适当调小开关，以减小溢流量引发的扰动。
雷诺数对大气边界层的应用和对大气边界层特性的影响.doc
现如今，人们越来越多的意识到大气边界层与人们的生活息息相关，雾霾天气，环境污染的扩散，气象天气的预报，这需要知道大气边界层的层流，湍流状态和人气边界层的运动情况。
层流和湍流的转捩取决于临界雷诺数的人小。
雷诺数是特征惯性力与特征粘性力的比例系数。
当粘性力可以忽略吋，称为大雷诺数。
木文首先研究了流体的性质，从粘性流体中引出了辰流和湍流现象，并说明了临界雷诺数对层流到湍流的影响，大气边界层也区分为层流边界层和湍流边界层，利用纳维一斯托克斯方程对大气边界层进行数值推导分析。
本文重点介绍了雷诺数对大气边界层的应用和对大气边界层特性的影响。
关键词：大雷诺数，大气边界层，层流，湍流，临界雷诺数。
绪论1.1流体的性质流体力学在生活中冇许多重要的应用，例如在气象学，人体的呼吸过程，循环工程，生物工程，环境工程，机械工程的基础。
下面就先介绍一下它的基本性质和模型。
在人们的H常生活屮，经常会遇到各种各样的流体，人们要掌握这些流体的运动规律和流体在运动过程中对其他物体产生什么作用，在力学中又分为理论力学、流体力学、量子力学、热力学、其中理论力学中的质点力学是把所冇的物体都当成-个质点来处理，进一步解决力学问题，然而流体力学，它是将流体当成连续介质来处理，要求宏观上足够大，微观上足够小，进而来研究流体的运动以及流体与流体间的作用。
在我们最幵始接触物理时，物理老师告诉我们，物体，包含固体、气体和液体。
但是学过流体力学之后，我们知道了物质还冇流体，从流体力学中，我们知道流体包括后面二者。
流体屮具冇一些别的物质所没冇的性质：黏性，可压缩性和流动性。
当受剪切应力的流体层之间相对流动吋，这便是由于流体的流动性这种特性。
当流层之间有相对运动时，流体会阻碍层之间的流体的相对流动，相对快速的流动层对相对缓慢的层产生牵d力，相对快速的流动层缓慢的移动，移动速度相对缓慢流层,最终使流体层之问运动消失。
顾名思义，这就是流体的黏性。
由于液体或其他因素之间的碰撞过程屮流体的运动异致的流体的体积的变化，这将进一步使流体的可压缩性发生差异。
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思 考 题
3.1 雷诺数eR具有什么物理意义？为什么可以起到判别流态（层流、紊流）的作用？
试说明由层流向紊流过渡的物理过程。
3.2 层流及紊流各有什么特点？如何判别其流态？
3.3 何谓“层流底层”？它与雷诺数有何关系？它的厚度对沿程水头损失有何影响？
3.4 紊流中存在脉动现象，具有非恒定流性质，但又是恒定流，其中有无矛盾？为什
么？
3.5 试根据尼古拉兹试验说明影响沿程阻力系数的因素及又与谢齐系数C之间有什
么关系？试写出你所知道的计算C的经验公式。
3.6 有一圆管如 3.1 图所示，长度 l，水头H，沿程水头损失系数，流动处于阻力
平方区（不计局部损失），现拟将管道延长（'d不变）l，试问水平伸长l和转弯延长l，
哪一种布置流量较大？
习 题
3.1 当输水管的流量一定时，随管径的加大，雷诺数是加大还是减少？其原因何在？
3.2 有一输水管，水流流速为1.0 m/s，水温为 20 ℃ ，管径为 200 mm，试判断其流
动型态。
3.3 一矩形渠道，底宽为 200 cm ，水深为 15 cm，若水流流速为 0.5 m / s ，水温为
20℃，试断其流动型态。
3.4 有一圆管，其直径为 10 cm ，通过圆管的水流速度为 2 m / s ，水的温度为20℃，
为0.03，试求粘性底层的厚度。
3.5 某二元明渠均匀流的流速分布规律为201hyuux，如图所示。
（1）断面平均流速v与表面流速0u的比值是多少？
（2）求流速分布曲线上与断面平均流速相等的点的位置，即my？
3.6 有一直径为 25 cm 的圆管，内壁粘贴有为0.5 mm 的砂粒，如水温为10℃，问
流动要保持为粗糙区最小流量需要若干？并求出此时管壁上切应力0为多大？
3.7 试求前题圆管中，通过的流量为 5 000 cm3/ s，20 000 cm3/ s，200 000 cm3/ s 时，
液流型态各为层流还是紊流？若为紊流应属于光滑区、过渡粗糙区还是粗糙区？其沿程阻力
系数各为若干？若管段长度为 100 m，问沿程水头损失各为若干？
3.8 为了测定AB管段的沿程阻力系数值，可采用如图所示的装置。已知AB段的
管长 l 为 10m，管径 d 为 50 mm。今测得实验数据：
（1）BA， 两测压管的水头差为 0.80 m ；
（2）经 90 s 流入量水箱的水体积为 0.247 m3。试求该管段的沿程阻力系数值。
3.9 试求前题AB管段的谢齐系数C值，并用曼宁公式求其粗糙系数n值。
3.10 为测定90°扩弯管的局部水头损失系数值，可采用如图所示的装置。已知
AB
段管长l为10 m，管径d为50 mm，该管段的沿程阻力系数为0.03，今测得实验数据：（1）
BA，
两测压管的水头差为0.629 m ；（2）经 2 min 流人量水箱的水量为0.329 m3。试求弯
管的局部水头损失系数值。
3.11 如图所示，水从水箱A流人水箱B，管路长l为 25m，管径d为 25 mm ，沿程
阻力为0.03，管路中有两个90°弯管1d及一个闸板式阀门5.0da，当两水箱
水位差H为1.0 m 时，试求管内通过的流量为若干？
3.12 水平突然扩大管路，如图所示，已知：直径1d5 cm，直径 2d10 cm ，管中
流量Q20 L / s，试求：U形水银比压计中的压差读数h。
3.13 一直径沿程不变的输水管道，连接两水池，如图所示，已知管道直径d0.3 m，
全管长 l90 m，沿程阻力系数0.03，进口局部水头损失系数10.5，折弯局部水头
损失系数20.3，出口水头损失系数31.0，出口在下游水面以下深度2h2.3，在距出
口30 m 处设有一U型水银测压计，其液面h0.5，较低的水银液面距管轴1.5 m，试确
定：
（1）通过的流量Q以及两水池水面差z；
（2）定性绘出总水头线及测压管水头线。
3.14 直径 d100 mm的输水管道上设有旋塞阀门。打开阀门，管中流量Q7.85L / s，
阀门局部阻力区两端的压差计数h10 cm，求旋塞阀门在该开度下的局部阻力系数值。