明渠水流中的下临界雷诺数明渠水流有哪三种流态

2020-09-30知识21

1883年，英国物理学家雷诺通过大量的实验发现，流体存在着两种不同的流动状态：层流和紊流（又称为湍流）。运动流体依据流动速度、流体密度和流动发生的底床粗糙程度会显示两种流动形态。染色实验显示，将一股染色的细小水流注入缓慢流动的单向水流中，细小水流会保持平直、连贯、宽度近于不变的运动轨迹，这种类型的运动称为层流（laminar flow）。它可被看做是一系列平行的层或细线，称为流线（streamline）。流线会在物体上方弯曲，但从不相交（图2-2）。层流仅以很慢的速度出现在平坦的底床之上。如果流速增加或流体的黏度减小，染色的水流不再连贯而被断开并强烈扭曲。它以一系列不断变化和变形的块体形式流动，并且存在大量的垂直于主流向的水流；也就是说，流线以极其复杂的方式交混，这种类型的流动称为紊流（turbulent flow）。因此，紊流是流体一种不规则和随机的流动形态。高度紊乱的流体称为涡流（eddy）。图2-2 层流与紊流图解实验证明，随着水流流速加大，层流可以转变为紊流；反之，随着水流流速减小，紊流也可以转变为层流，这种流体形态转变时的平均流速（v）称为临界流速（vK）。雷诺通过实验表明，流动形态不仅与流速有关，还与流体的黏滞系数。