基本介紹
- 中文名：有效雷諾數
- 外文名：effective Reynolds number
- 領域：空氣動力學
- 計算方法：湍流度因子和雷諾數的乘積
- 學科：流體力學
- 相關名詞：雷諾數等
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簡介
風洞試驗
簡介
流體力學方面的風洞實驗指在風洞中安置飛行器或其他物體模型，研究氣體流動及其與模型的相互作用，以了解實際飛行器或其他物體的空氣動力學特性的一種空氣動力實驗方法；而在昆蟲化學生態學方面則是在一個有流通空氣的矩形空間中，觀察活體蟲子對氣味物質的行為反應的實驗。
實驗原理
風洞一般稱之為風洞試驗。簡單地說，就是依據運動的相對性原理，將飛行器的模型或實物固定在地面人工環境中，人為製造氣流流過，以此模擬空中各種複雜的飛行狀態，獲取試驗數據。這是現代飛機、飛彈、火箭等研製定型和生產的“綠色通道”。簡單的說，風洞就是在地面上人為地創造一個“天空”。至於我們國家的風洞為什麼會選擇建在大山深處，那是歷史原因造成的。
風洞試驗中，天平測量得到的模型氣動力在轉換到氣流坐標繫上時會因為模型迎角測量的誤差引入模型氣動力係數誤差，而此誤差在一些條件下可以占到總的氣動力係數誤差的25%。因此，準確的迎角測量技術是獲得高精度氣動特性試驗數據的基礎。風洞試驗數據精確度的先進指標要求模型的阻力係數誤差在馬赫數Ma位於0.4～0.9的範圍內時不超過0.0001，這就要求模型迎角的測量誤差不能超過0.01°。
實驗優點
風洞實驗儘管有局限性，但有如下四個優點：
①能比較準確地控制實驗條件，如氣流的速度、壓力、溫度等；
②實驗在室內進行,受氣候條件和時間的影響小,模型和測試儀器的安裝、操作、使用比較方便；
③實驗項目和內容多種多樣，實驗結果的精確度較高；
④實驗比較安全，而且效率高、成本低。因此，風洞實驗在空氣動力學的研究、各種飛行器的研製方面，以及在工業空氣動力學和其他同氣流或風有關的領域中，都有廣泛套用。
湍流度因子
定義
同一模型在大氣條件下的臨界雷諾數和在風洞氣流中的臨界雷諾數之比。
臨界雷諾數
定義
臨界雷諾數（critical Reynold’s number），當流體在管道中、板面上或具有一定形狀的物體表面上流過時，流體的一部或全部會隨條件的變化而由層流轉變為湍流，此時，摩擦係數、阻力係數等會發生顯著的變化。轉變點處的雷諾數即為臨界雷諾數。
原理
雷諾通過圓管內的黏性流動實驗，發現一定條件下層流轉化為湍流的控制因素是雷諾數Re。由層流轉變為湍流的雷諾數稱為臨界雷諾數Reα。它不是一個固定的值，依賴於外部擾動的大小。如果所受的擾動小，Reα較大；反之，Reα較小。
實驗證明：Reα的下界約為2000，當Re<2000時，黏性力的抑制作用占優，不管外部擾動有多大，管內流動總保持穩定的層流狀態。當Re>2000而小於某一上界時，流動出現不穩定，在管內(離入口較遠處)，層流與湍流共存。當Re大於某上界時，黏性力已無法抑制擾動的增長，導致流動失穩，成為隨機的脈動運動，即轉變為完全發展的湍流。
從空間角度看，即使Re>Reα，在管內中心沿流動方向也存在著層流區、過渡區和湍流區，這是因為管道入口處擾動由小到大的增長需要一定的時間，即需要經歷一定的空間區域，湍流不是在某一空間位置突然發生的。
雷諾試驗
早在19世紀初，就有人注意到流體在不同的流速範圍內，斷面流速分布和能量損失規律等都不相同。1883年，英國物理學家雷諾通過實驗揭示了流體的兩種不同的流動狀態。
在水箱A的側面開一個小孔，接一根進口為流線型管嘴的玻璃管丁，在玻璃管丁的末端裝有節門C以調節流量。在水箱的上部裝有儲存帶色液體的容器，用一根細管將帶色液體引至玻璃管丁的入口，其流量用節門E調節。
實驗前，先把水注入水箱中，利用溢流槽保持水位不變。然後，稍稍打開節門c，使水緩慢地由玻璃管T流出。打開節門E，使帶色液體也流入玻璃管中。此時在玻璃管丁內看到一條細線形狀的帶色液線。這說明液體質點在作互不干擾、各自成層的平行直線流動。
將節門C逐漸開大，玻璃管T內水的流速也逐漸增大，起初帶色液線並無變化，直到管內流速增大到某一數值時，帶色液線開始顫動和分散。
隨著玻璃管T內流速的繼續增大，達一定數值後，帶色液線不再連續，而是立即分散並與水相混淆。這說明液體質點已相互摻混，在雜亂無章地向前運動。
通過雷諾實驗人們認識到，流動存在以下三種不同的狀態。第一種，流體的質點之間互不摻混、質點的運動軌跡為有條不紊的層狀流動，稱為層流；第二種，流體的質點之間相互摻混、質點的運動軌跡為雜亂無章的流動，稱為紊流；第三種，表現為層流到紊流或紊流到層流的過渡，稱為過渡狀態。隨流速的變化而呈現不同的流動狀態，是自然界中一切流體運動普遍存在的物理現象。
