什么是雷诺数定义

雷诺数是惯性力和粘性力的比值,是预测流态是层流还是湍流的一个方便的参数。优德app热能工程

雷诺数

雷诺数是比率惯性力粘性力量并且是一个方便的参数,用于预测流量条件是否为层流和紊流。它可以解释它的时候粘性力量占主导地位(慢速,低再过)它们足以使所有流体颗粒排成线,然后流动是层状的。甚至非常低的RE表示粘性爬行运动,惯性效应可以忽略不计。当。。。的时候惯性力占主导地位在粘性力上(当流体流动得更快并且重新较大时)然后流动是湍流的。

雷诺数

这是一个无量纲的数字包括流量的物理特征。增加的雷诺数表示流动的湍流增加。

定义为:
Reynolds号码

在哪里:
v是流速,
D是A.特征线性维度,(流体运动长度;液压直径等等)。
ρ液密度(kg/m3.),
μ动态粘度(PA.S),
ν运动粘度(m2/ s);ν = μ / ρ。

图表:粘度和水密度(16MPa)
水的粘度 -  16MPa
水密度 -  16 MPa
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层流和紊流

层流:

  • re <2000.
  • '低'速度
  • 流体粒子移动直线
  • 以不同的速度彼此流动的水流几乎没有混合在层之间。
  • 圆形管中的层流的流速曲线是抛物线形状,具有最大流动在管道的中心和管壁处的最小流动。
  • 平均流速大约是最大速度的一半。
  • 简单的数学分析是可能的。
  • 在水系统的实践中很少见

紊流:

  • 重新> 4000.
  • '高速
  • 流动的特点是不规则的运动液体的颗粒。
  • 平均运动是流动的方向
  • 湍流的速度分布在管道的中心截面上是相当平坦的,在接近壁面时迅速下降。
  • 平均流速大致等于管道中心的速度。
  • 数学分析非常困难。
  • 最常见的流类型
流动制度分类
从实际工程的观点来看,流型可以根据若干标准

所有流体流动可以分为两大类。这两种流态是:

  • 单相流体流动
  • 多相流体流动(或者两相流体流动

这是一个基本分类。所有流体流动方程(例如88top优德官网中文版 )和本节讨论的关系(优德体育w88官网手机版)为a单相流体是否液体或蒸气。多相流体流的溶液是非常复杂和困难所以它通常出现在流体力学的高级课程中。优德体育w88官网手机版

流态另一种通常更常见的分类流的政权是根据形状和类型的吗简化。所有流体流量均分为两种广泛类别之一。流体流动可以是层状或湍流,因此这两类是:

  • 层流
  • 湍流

层流其特点是光滑的或者常规路径液体的颗粒。因此,层流也称为流线型或粘性流。与层流相比,湍流其特点是不规则的运动液体的颗粒。湍流流体不流动平行层,横向混合非常高,并且在层之间存在破坏。大多数工业流,尤其是那些从事核工程的人是混乱的

流动制度也可以根据该流动制度根据导管的几何形状或流区域。从这个角度来看,我们可以区分:

  • 内部流量
  • 外部流

内部流是一种流体被一个表面所限制的流动。内部流动状态的详细知识是在工程上的重要性,因为圆形管道可以承受高压,因此被用来输送液体。另一方面,外流是这样一种流动,在这种流动中,边界层自由地发展,没有受到相邻表面的约束。对行为的详细了解外流政权是尤其在航空学上很重要空气动力学

表来自生命在移动流体
雷诺数表
来自生命在移动的流体:流动的物理生物学Steven Vogel

雷诺数的政权

流态层流。出于实际目的,如果雷诺数是不到2000,流动是层流。圆形管道中的流动的接受的过渡雷诺数关于D,休息= 2300。

过渡流程。在Reynolds号码大约在2000年到4000年间由于湍流开始,流动不稳定。这些流量有时被称为过渡流。

湍流。如果雷诺数是大于3500.,流动是湍流的。大多数核设施的流体系统与湍流一起运作。

雷诺数和内部流量

内部流量
资料来源:白弗兰克米,流体力学,MCGRAW-HILL教育,第7版,2010年2月,ISBN:978-0077422417

内部流量(例如,在管道中的流动)配置是一个方便的几何形状的加热和冷却流体使用的能量转换技术,如核电站

一般来说,这种流动状态在工程中是很重要的,因为圆形管道可以承受高压,因此被用来输送液体。非圆形管道用于输送低压气体,如冷却和加热系统中的空气。

为了内部流动制度一个入口区域是典型的。在该区域中,近乎活不合的上游流量会聚并进入管。表征这个区域水动力入口长度介绍并近似等于:

水动力入口长度

最大水动力入口长度关于D,休息= 2300层流量),是lE.= 138D,其中D是管道的直径。这是最长的开发长度。在湍流,边界层生长更快,而且lE.比较短。对于任何给定的问题,L.E./ D.必须是检查看看lE.与管道长度相比可以忽略不计。在距入口的有限距离时,可以忽略入口效果,因为边界层合并,并且托运核心消失。然后管流动完全开发

流速剖面-幂律流速剖面
速度配置文件 - 内部流量
来源:美国能源部,热力学,传热和流体流动。w88优德appw88优德备用网址 微博美国能源部基础手册,卷1,2和3。1992年6月。

幂律速度剖面 - 湍流速度曲线

幂律速度概况速度剖面湍流管子的中心部分(即湍流中心)是否比内部更平坦层流量。流速速度迅速靠近墙壁。这是由于湍流的扩散性。

在湍流管流的情况下,存在许多经验速度型材。最简单和最着名的是幂律速度概况

幂律速度曲线 - 方程式

n是一个常数它的值取决于Reynolds号码。这种依赖性是经验的,它显示在图片中。简而言之,随着雷诺数的增加而增加。第一尺七幂律速度概况近似于许多工业流程。

湍流 - 曲线
湍流 - 曲线

液压直径

特征维数圆管的管径为普通直径D,特别是反应器含有非圆形通道时,其特征尺寸必须普遍化。

为了这些目的Reynolds号码被定义为:

雷诺数-液压直径

其中dH水力直径

水力直径方程

液压直径液压直径,dH,在处理流量时是一个常用的术语非圆形管和通道。水力直径使非圆形管道变成管道等同的直径。使用这个术语,我们可以像计算圆管一样计算很多东西。在这个方程中,A是横截面面积,p是湿周的横截面。沟道的湿周长是所有与水流接触的沟道壁的总周长。

例:主管道和燃料束的雷诺数
这是一个说明性的例子,下面的数据不符合任何反应堆的设计。

加压水反应堆被冷却了主持通过高压液态水(例如16MPa)。在该压力下,水沸腾约350℃(662°F)。水的入口温度约为290°C(⍴〜720kg / m3.)。将水(冷却剂)在反应器核中加热至约325℃(⍴〜654kg / m3.)当水流过时核心

液压直径
燃料棒束的液压直径。

典型PWR的主要电路分为4独立循环(管道直径~ 700mm),每个回路包括一个蒸汽发生器和一个主冷却液泵。在反应堆压力容器(RPV)内部,冷却剂首先从反应堆堆芯外部流出(通过下水管)。从压力容器的底部开始,流体向上流过堆芯,冷却剂的温度在流经燃料棒及其组成的组件时上升。

假设:

  • 一次管道流速恒定,等于17米/秒,
  • 岩心流速恒定,等于5m /s,
  • 燃料通道的液压直径D.H等于1厘米
  • 290°C时水的运动粘度等于0.12 x 106m2/ s.

也可以看看:例子:通过反应堆堆芯的流量

决定

  • 流动制度和雷诺数燃料通道
  • 流动制度和雷诺数主要管道

一次管内雷诺数为:

关于D.= 17 [m / s] x 0.7 [m] / 0.12×106[m2/ s] =99 000 000.

这完全满足了湍流条件

燃料通道内的雷诺数等于:

关于DH.= 5 [m / s] x 0.01 [m] / 0.12×106[m2/ s] =416 600.

这也完全满足动荡的条件。

雷诺数与外部流动

雷诺数自然地描述了外流也一般来说,当流体流过静止的表面,例如平板、河床或管壁,接触表面的流体是由剪切应力到墙上。流程从墙壁处的零速度调节到最大流量的流程的区域被称为边界层

所有的基本特征层流和湍流边界层所示为平板上的展开流。边界层形成阶段如下图所示:

平板上的边界层

边界层可能是层流, 或者取决于的值雷诺数

这里的雷诺数也表示惯性力和粘性力的比值,是预测流态是层流还是湍流的一个方便的参数。定义为:

Reynolds号码

其中V是平均流速,d特征线性尺寸,ρ流体密度,动态粘度,μ运动粘度。

为了低雷诺数,边界层是层状,并且由于一个远离壁移动,如图所示,流动速度均匀地变化。随着雷诺数的增加(x)流动变得不稳定最后对于更高的雷诺数,边界层是湍流的,并且流动速度的特征在于边界层内部的旋转流动的不稳定(变化)。

从层流过渡到湍流当X超过X超过雷诺数时发生边界层关于X~ 500000。过渡可能更早发生,但特别是依赖于表面粗糙度。由于在体表面上增加剪切应力,湍流边界层比层边界层更快地变稠。

外部流动对边界层边缘的反应就像它对物体的物理表面一样。所以边界层给任何物体一个“有效”的形状,它通常与物理形状略有不同。我们定义的厚度边界层作为距离壁到速度为“自由流”速度的99%的点的距离。

为了使事情更令人困惑,边界层可以从身体上抬起或“分开”并产生与物理形状不同的有效形状。发生这种情况是因为边界中的流量具有非常低的能量(相对于自由流),并且更容易被压力变化驱动。

也可以看看:边界层厚度

也可以看看:管在交叉流动-外部流动

特殊的参考:Schlichting Herrmann,Gersten Klaus。边界层理论,Springer-Verlag Berlin Heidelberg,2000,ISBN:978-3-540-66270-9

示例:过渡层
长薄的平板平行于a1米/秒水流20°C.。假设20°C的水的运动粘度等于1×106m2/ s.

x距离多少从前缘将是过渡从层流到湍流边界层(即找到ReX~ 500000)。

解决方案:

为了确定从层流边界层到紊流边界层的转换位置,我们必须找到x关于X~ 500000

X= 500 000 x 1×106[m2/ s] / 1 [m / s] =0.5米

参考:
反应器物理和热液压:
  1. J. R. Lamarsh,核反应堆理论导论,第二版,Addison-Wesley,雷丁,MA(1983)。
  2. J. R. Lamarsh, A. J. Baratta,核工程导论,3d版,prentices - hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1。
  3. W. M. Stacey,核反应堆物理,约翰瓦里和SONS,2001,ISBN:0-471-39127-1。
  4. Glasstone,Sesonske。核反应堆工程:反应堆系统工程,弹簧斯;第4版,1994,ISBN:978-0412985317
  5. TODREAS NEIL E.,Kazimi Mujid S.核系统卷I:热水基础,第二版。CRC压力;2版,2012年,ISBN:978-0415802871
  6. 李永强,王永强,王永强。核电厂热力系统的热力学w88优德app分析。施普林格;2015年,ISBN: 978-3-319-13419-2
  7. 工程热物理学报,2006,vol . 42, no . 1, no . 1, no . 1, no . 1, no . 1, w88优德appno . 1, no . 1, no . 1, no . 1, no . 1
  8. Kleinstreuer C.现代流体动力学。优德体育w88官网手机版Springer,2010,ISBN 978-1-4020-8670-0。
  9. 美国能源、热力学、传热和流体流动部。w88优德appw88优德备用网址 微博美国能源部基础手册,卷1,2和3。1992年6月。
  10. WHINE FRANK M.,Fluid Mechanics,McGraw-Hill教育,第7版,2010年2月,ISBN:978-0077422417

也可以看看:

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