雷诺数

雷诺数 通过测量惯性和粘性力之间的比率，帮助预测不同流体流动情况下的流动模式。 在低雷诺数下，流动往往以层流流为主，而在高雷诺数下，流动往往是湍流。 湍流是由流体的速度和方向的差异引起的，有时会与流动的总体方向相交甚至相反（涡流）。 这些涡流开始搅动流动，在此过程中消耗能量，这对液体来说增加了空化的机会。 雷诺数是流体力学中一个重要的无量纲量。

雷诺数具有广泛的应用，从管道中的液体流动到飞机机翼上的空气通道。 它用于预测从层流到湍流的过渡，并用于缩放类似但大小不同的流动情况，例如在风洞中的飞机模型和全尺寸版本之间。 湍流发生的预测和计算比例效应的能力可用于帮助预测更大范围内的流体行为，例如局部或全球空气或水运动，从而预测相关的气象和气候影响。

雷诺数是由于流体速度不同而产生相对内部运动的流体中惯性力与粘性力的比值。 这些力改变行为的区域称为边界层，例如管道内部的边界表面。 通过将高速流体流引入低速流体中，会产生类似的效果。 这种相对运动会产生流体摩擦，这是形成湍流的一个因素。 抵消这种影响的是流体的粘度，它往往会抑制湍流。 雷诺数量化了这两种力在给定流动条件下的相对重要性，并且是在特定情况下何时会发生湍流的指南。

这种预测湍流开始的能力是管道系统或飞机机翼等设备的重要设计工具，但雷诺数也用于流体动力学问题的缩放，并用于确定两种不同流体情况之间的动态相似性 流动，例如在模型飞机和它的全尺寸版本之间。 这种缩放不是线性的，雷诺数在这两种情况下的应用允许开发缩放因子。

关于层流和湍流流态：

• 层流发生在低雷诺数时，此时粘性力占主导地位，其特点是平稳、恒定的流体运动；
• 湍流发生在高雷诺数时，并受惯性力支配，惯性力往往会产生混沌涡流、涡流和其他流动不稳定性。

雷诺数可以定义为流体相对于表面运动的几种不同情况。 这些定义通常包括密度和粘度等流体特性，以及速度和特征长度或特征尺寸。 这个尺寸是一个约定俗成的问题——例如，半径和直径同样适用于描述球体或圆，但约定俗成。 对于飞机或船舶，可以使用长度或宽度。 对于管道中的流动，或者对于在流体中运动的球体，今天通常使用内径。 矩形管道或非球形物体等其他形状具有定义的等效直径。 对于可压缩气体等密度可变的流体或非牛顿流体等粘度可变的流体，适用特殊规则。

在某些情况下，速度也可能是约定俗成的问题，特别是搅拌容器。

在实践中，匹配雷诺数本身并不足以保证相似性。 流体流动通常是混乱的，边界表面的形状和表面粗糙度的微小变化会导致截然不同的流动。 然而，雷诺数是一个非常重要的指南并且被广泛使用。