雷诺数的物理意义不容质疑

<正> 从动力相似的角度引出雷诺数的一个物理解释Re～惯性力/粘性力 (1)多少年来,它有助于流体力学工作者了解不同雷诺数范围内的流动特性,并在动力相似的概念指导下,建立与运动方程相应的近似表达式,解决了精确方程无法求解的问题,正因为如此.中外的流体力学类的书中大都没有忘记提及,雷诺数的物理意义是惯性力与粘性力之比.本刊一九八九年第五期发表了“关于雷诺数物理意义的质疑”一文,笔者认为并非雷诺数物理意义的解     

雷诺数的物理意义仍可以讨论

<正> 雷诺数是流体力学中一个重要的动力学相似准则,它的引入为粘性流体流动的实验研究和理论分析提供了一个十分有力的工具。关于它的物理意义,在多数流体力学书中、解释为“惯性力与粘性力之比”或者为“特征的惯性力与特征的粘性力之比”.可事实上在不同的实际问题中,为反映不同研究对象的动力学特性,雷诺数中特征量的选择往往是不完全相同的,于是就存在着这样的问题:是否不管取什么样的特征量来组成雷诺数它都恰好是上述两种力的比值?上述对雷     

黏弹性流体纯弹性不稳定现象研究综述

近年来粘弹性流体流动的弹性不稳定性现象引起了越来越多学者的关注与研究,与牛顿流体惯性不稳定现象不同,这种现象是由粘弹性流体流动中的弹性应力和粘性力之间相互作用,使得在较低的雷诺数下即可产生复杂的流动分岔不稳定现象。当流动中的弹性数（表现为 Deborah 数 De 与Reynolds 数Re 的比值,其中 De 数定义为粘弹性流体的松弛时间和流动的特征时间的比值,Re 数表征流动中惯性力与粘性力之比）较大时,在 Re<相似文献   

对雷诺数与弗劳德数的再认识

<正> 雷诺数 Re 与弗劳德数 Fr 既是流动系统保持动力相似的相似准数,又是不同流动型态的判别数.对其物理意义的传统解释是     

注塑成型喷射现象数值模拟及机理分析

喷射是熔体充填过程中一种特殊流动形态,也是注塑成型的不良现象,为了预测射流长度、形态演化,揭示喷射的产生机理,建立了粘性、非等温的熔体三维流动模型,构造了熔体流动前沿演化的输运方程。用有限体积法离散控制方程,提出了压强与速度及速度与温度的两重解耦合方案,开发了模拟程序,分析了模拟成型过程中粘性力、惯性力、速度、温度、压力等物理量的大小及变化规律。基于模拟结果分析了粘性力、惯性力的大小对喷射的影响,发现:当惯性力大于粘性力时产生喷射现象,随着粘性力增大,射流变为蛇形流;射流长度依赖于注射速度,速度越大,射流越长,熔体温度对射流长度基本没有影响。此外,实验结果表明,注塑成型喷射现象数值模拟及机理分析方法可以较好地预测射流长度、蛇形流的形态以及蛇形流中、后端摆动幅度。     

关于雷诺数物理意义的质疑

本文以几个简单流动为例,指出了传统的关于雷诺数物理意义的提法与实际流动的矛盾,通过理论分析对关于雷诺数物理意义的传统说法提出质疑....     

管风洞设计中的某些问题

管风洞构造简单,提高贮气压力较易。因为试验段气流驻点压力与贮气压力之比决定于贮气管道与喷管喉道面积之比。只要提高贮气压力就能提高试验段流动雷诺数。因此,小型设备也能达到足够高的雷诺数。如果结合低温技术,雷诺数还能进一步增加。     

椭圆颗粒在剪切流中旋转特性的数值研究

研究颗粒在流体剪切作用下的运动特性是理解和预测颗粒悬浮流流动行为的关键.当流体的惯性不能忽略时,颗粒的运动往往变得非常复杂.本文采用格子Boltzmann方法对中等雷诺数下椭圆颗粒在剪切流中的旋转运动进行了模拟.首先,研究了雷诺数(0Re 170)的影响,结果表明当雷诺数低于临界值时,颗粒以周期性的方式旋转,角速度最小时对应的长轴方向随着雷诺数的增大而逐渐远离水平方向,而且这一倾角与雷诺数呈分段线性关系;当雷诺数大于临界值时,椭圆形颗粒最终保持静止状态,且静止时的转角与雷诺数呈幂函数关系,雷诺数越大,转角越小,椭圆的长轴越远离水平位置.其次,研究了椭圆颗粒的长短轴之比α(1α10)的影响,结果表明颗粒旋转的周期与α呈幂函数关系,α越大,颗粒旋转周期越小.此外,当α超过临界值时,颗粒也在水平位置附近保持静止状态,此时的转角与α也呈幂函数关系,α越大,转角越小.研究还发现,当雷诺数较大时椭圆颗粒在旋转过程中会产生过冲现象.     

关于对惯性力的一些看法(续)

本刊于1983年第三期发表了“关于对惯性力的一些看法”一文,文中摘登了三位作者的来稿.这次发表的摘登文章,算作上文的继续.附带说明,本刊对惯性力的讨论,将暂告一段落.     

爱因斯坦等效原理与惯性力

在一些力学教材中,有两处用到惯性力:一是相对运动微分方程中的惯性力;另一是达朗伯原理的一种表达形式中的惯性力.对这两处惯性力的实质应如何理解?惯性力是否是真实力?这是长期争论的一个问题.目前,我们已知自然界中存在四种基本相互作用.因此,自然界所有的力按其物理性质和来源可分为万 ...     

关于相对运动中惯性力真实性的一点看法

相对于非惯性系运动的物体的运动方程为式中 F_e=-Ma_e,F_c=-Ma_c 分别是牵连惯性力和柯里奥利惯性力;a_r 是相对于该非惯性系的加速度.在非惯性系中引入惯性力,运动方程得以保持惯性系中的形式不变.关于惯性力的真实性,目前众说纷纭,莫衷一是.一般教科书都认为是虚拟的.我们认 ...     

基于SST-SAS方法与FW-H方程的串列双圆柱数值模拟研究

在飞机起降过程中,起落架噪声作为主要的机体噪声,越来越受到广泛的关注。串列双圆柱绕流是飞机起落架的简化模型,能够体现起落架复杂流动现象以及气动噪声的主要特征。本文采用基于SST湍流模型的自适应尺度模拟方法(SST-SAS),结合FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings)方程的数值计算方法研究了来流雷诺数为1.66×105且两圆柱圆心之间的距离与圆柱直径之比为3.7的串列双圆柱绕流的流动特征和声场特性。将结果与已有文献中的数据作了详细地比较,二者吻合很好,平均误差在5%以内。验证了本文气动声学数值计算方法对高雷诺数下大分离流动模拟的可靠性和有效性。     

关于对惯性力的一些看法

“惯性力”是理论力学中的一个重要的基本概念,历来争论较多。本刊于1982年第一期发表了李民庆的“惯性力”一文。本期再摘登三位同志的来稿作为这一讨论的继续。     

漫谈惯性力——与李民庆等同志商榷

根据自然科学基础理论和航海、航空、航天工程实践,长期以来我对惯性力是虚拟力(虚设力、假想力)的论述持保留态度,而认为在既定的非惯性系中惯性力应为真实力.以下简略地阐明我的一些观点.(一)惯性力--真实力1.在既定的非惯性系中,惯性力是真实力(1)首先从我们居住的这个宇宙岛--地球上最常接触的重力开始讨论.重力--我们居住在地球上的人类,都不怀疑它是真实力.可是恰恰是重力,却是万有引力和离心惯 ...     

微气泡生长与溃灭对邻近微球影响的数值模拟研究

球形微马达的气泡自驱动实验揭示了微尺度气泡与邻近微球存在着强烈的相互作用,并驱动微球快速运动,但受限于条件,实验无法给出二者相互作用的关键力学因素。为研究这一问题,将微气泡的生长与溃灭类比于虚拟壁面的膨胀与收缩,采用有限元分析法模拟研究了这一瞬态流动。结果表明,微气泡生长与溃灭不具备微尺度流动的可逆性,高速溃灭会使得雷诺数Re显著增大,引入的惯性力驱使邻近微马达产生净位移。这一研究给出了利用气泡动力学打破微尺度游动扇贝定理的新力学机制,并对Janus微马达气泡高效驱动的现象进行了合理解释。     

低雷诺数时卡门涡街的重新排列

本文研究了风洞里低雷诺数时,圆柱体尾流中卡门涡街的重新排列。用烟雾法显示了尾流中的流谱。用热线技术测量了尾流中速度脉动的波形、自关联和频谱。在纯卡门涡旋区域中,当雷诺数低于160时,观察到卡门一次涡街在下游的一段距离处解体。发现了另一种形状的卡门涡街,它以较大的尺度出现在更下游的地方,在雷诺数高于160时,便观察不到涡街的这种重新排列。在二次涡街中相邻二涡旋间的流向距离同一次涡街中相应距离之比与雷诺数成反比。当雷诺数低于160时,在尾流中测出的速度脉动的波形、自关联及频谱清楚地表明二次涡街的出现。在一次涡街中,两条涡列之间的横向距离同相邻两个涡旋之间的流向距离之比沿下游方向增大,但这个比值在近尾流处要比卡门理论值0.281小,在下游位置处则要比理论值大。在下游处涡核的尺寸增大,但环量几乎不变。      

方形管道中湍流水流某些特征的激光多普勒法测量及其与圆形管道的对比

用激光多普勒测速法测量了雷诺数从4.76×10~3到4.76×10~4的矩形管道中的湍流水流。其结果与相同雷诺数时的圆形管道的流动就某些流动特征进行了对比。引人注目的是,在矩形管道内速度分布更“平坦”,且随雷诺数的增加而强烈地趋向更加均匀,湍流强度也比圆管流动的大得多。在横截面的中线上,对四种不同雷诺数所得的速度分布数据与普适的湍流速度外部定律有较好的符合。为了保持湍流的功率谱以及减小频带加宽,在测量仪器方面使用了某些技术。由Berman和Dunning所给出的有关速度梯度加宽的效应的式子也从本测量中得到了实验数据的支持。     

明渠流动若干特性初探

解析定量计算了光滑边壁条件下明渠内部平均流和脉动流能量间的分配关系,得到了平均流粘性耗散能量、脉动流能量、脉动流取自平均流能量之间的关系表达式.分析了能谱的结构形式,从工程应用的角度初步勾勒了恒定流动光滑边壁条件下明渠内部能量分布的轮廓.讨论了壁面剪切流层内的流场结构和特性,研究了Navier-Stokes方程的标度变换等一些定量的指标,从标度和流速分布之间的相互关系入手,对这些指标及其间的相互关系进行了讨论.分析了二维平行壁面剪切流内部流动结构的机理和特性,指出能量传递和不同阶段的不同结构有关,能量耗散和扩散与共振和锁频密切相联系.从另一个角度阐释雷诺数的物理意义,以突出雷诺数和涡之间的关系,强调雷诺数是空间点和时间的函数.     

EXPERIMENTAL STUDY ON PROPERTIES OF TURBULENT/NON-TURBULENT INTERFACE OVER RIBLETS SURFACES AT LOW REYNOLDS NUMBERS1)

湍流/非湍流界面是流动中湍流和无旋流的边界,其相关研究在加深对湍流与无旋流之间的物质、动量和能量交换的理解有重要意义.本文采用时间解析的二维粒子图像测速技术,分别对零压梯度光滑、顺流向锯齿形沟槽表面平板在不同雷诺数下对湍流/非湍流界面的几何特征及动力学特性进行了实验研究.实验雷诺数为$Re_{\tau } =400\sim1000$.本文采用了湍动能准则对湍流/非湍流界面进行了识别,并分析界面高度分布、分形特征及界面附近的条件平均速度和涡量.结果表明在不同雷诺数下, 无论是光滑壁面还是沟槽壁面,界面平均高度在0.8 $\sim$ 0.9$\delta_{99} $附近. 对于沟槽壁面而言,减阻时对应的界面高度的概率密度分布与光滑壁面基本一致, 均遵循正态分布,而当阻力增大时, 界面高度分布偏离正态分布出现正的偏度. 在本实验情况下,界面分形维度、跨界面速度跳变均会随着雷诺数增大而增大. 此外,不同壁面情况下无量纲条件平均涡量在界面附近的分布相近,而界面附近无量纲速度梯度最大值近似为常数.     

低雷诺数沟槽表面湍流/非湍流界面特性的实验研究

湍流/非湍流界面是流动中湍流和无旋流的边界,其相关研究在加深对湍流与无旋流之间的物质、动量和能量交换的理解有重要意义.本文采用时间解析的二维粒子图像测速技术,分别对零压梯度光滑、顺流向锯齿形沟槽表面平板在不同雷诺数下对湍流/非湍流界面的几何特征及动力学特性进行了实验研究.实验雷诺数为$Re_{\tau } =400\sim1000$.本文采用了湍动能准则对湍流/非湍流界面进行了识别,并分析界面高度分布、分形特征及界面附近的条件平均速度和涡量.结果表明在不同雷诺数下, 无论是光滑壁面还是沟槽壁面,界面平均高度在0.8 $\sim$ 0.9$\delta_{99} $附近. 对于沟槽壁面而言,减阻时对应的界面高度的概率密度分布与光滑壁面基本一致, 均遵循正态分布,而当阻力增大时, 界面高度分布偏离正态分布出现正的偏度. 在本实验情况下,界面分形维度、跨界面速度跳变均会随着雷诺数增大而增大. 此外,不同壁面情况下无量纲条件平均涡量在界面附近的分布相近,而界面附近无量纲速度梯度最大值近似为常数.