利用管流的雷诺数来判断是层流还是湍流
简介
对于管道流动应用，能够确定给定的流动条件是层流还是湍流通常是很重要的。不同的方程或分析方法通常适用于层流和湍流条件。
湍流和层流的概念在下一节的图表中显示。层流(也称为流线流或粘性流)发生在雷诺数较低的情况下，流动速度相对较慢，粘度较高。层流的特征是所有流体速度矢量都沿流动方向排列。而紊流的雷诺数较高，流速较高，粘度较低。它在所有方向上都有点速度向量，尽管整个流动是在一个方向上，沿着管道的轴。
水或空气在管道或其他封闭管道中的实际运输通常是湍流流动。同样，其他粘度类似于水的气体或液体的管道流动，通常也会在湍流流动条件下在管道中运输。层流通常存在于高粘度的液体中，如润滑油。
雷诺数
管流是层流还是湍流的典型判据是雷诺数的值。管道流动的雷诺数定义为Re = DVρ/μ，其中D为管道直径，V为管道中的平均流速，ρ为流动流体的密度，μ为流动流体的动态粘度。Re是一个无量纲数。任何一致的单位集都可以用于D, V， ρ和μ，并将导致雷诺数无量纲。一般公认的层流和湍流Re标准如下:
Re < 2100时为层流。
对于Re > 4000，它是湍流流动。
当2100 < Re < 4000时，流动处于过渡区。
对于过渡区流动，流动可以是层流，也可以是湍流，这取决于管道入口的性质和管壁粗糙度。
非圆形管道。液压半径
流体也流经非圆形，封闭的管道，如HVAC管道或热交换器。在这种情况下，雷诺数的定义为:Re = 4RHVρ/μ。注意，管径D已替换为4RH，其中RH为水力半径，定义为:RH = A/P =垂直于流动/湿润周长的横截面积。例如，6英寸× 12英寸矩形炉风管的水力半径为:RH =(0.5)(1)/[(2)(0.5) +(2)(1)] = 0.5/3 = 0.167英尺
例子的计算
考虑管道流量1.2 cfs的水在50oF通过一个4“直径的管道。这个气流的雷诺数是多少?是层流还是湍流?
解决方案:50oF的水的密度和粘度值是需要的。这些值可以在流体力学或热力学教科书、手册和互联网上找到。
这个问题需要的值是:ρ = 1.94 slugs/ft3和μ = 2.73 x 10-5 lb-sec/ft2。
流速V的计算公式为V = Q/A = Q/(π d2 /4) = 1.2/[π(4/12)2/4] = 1.34 ft/sec。
将值代入Re = DVρ/μ得到Re = (1/3)(1.34)(1.94)/2.73 x 10-5，或Re = 3.17 x 104.
这个雷诺数大于4000，所以这是湍流．
这篇文章是系列文章的一部分:管道流量计算
管道流动计算包括使用雷诺数来确定流动是层流还是湍流。摩擦水头损失可以用达西维斯巴赫方程和摩擦因子来计算。在紊流和层流中，都可以求出完全发展流动的入口长度。