弯头运动条件受Re数和相对粗糙度影响分析

Re∙数的影响。许多实验资料的分析指出，平滑弯道中的现象（内流）和自由水流中圆柱体绕流时的现象（外绕流）之间存在着完全的类似。

在图14-21上可看出，圆柱体的迎面摩阻系数C_x与Re数的关系的已知特性。最大的C_x值发生于当小的Re值时。在此数的某一临界值时，迎面摩阻系数开始急骤地降低，直到另一Re值达到最小值时为止，在光滑表面的情况下，此最小值实际上已很少随着Re数的进一步增大而变化。曲线C_x=f（Re）的所述过程，如众所知，可由脱离了的边界层中的水流状态及脱离点位置来说明。

对于平滑的弯头，摩阻系数ζ_c与Re数的关系曲线亦有同样的特性。当位于靠近平滑进口处的弯头中Re数较小时，边界层是层流，因此，脱离亦是层流的。弯头的ζ开始下降时的临界Re数表征在脱离了的层流层中出现从层流至紊流的过渡点。脱离了的边界层的紊流化表征液体各质点间动量交换加强，由于涡流区收缩而促使此层中的流束扩大。随着Re数的增大，过渡点愈来愈向后移（沿水流向上），而脱离了的边界层愈来愈扩大，直至反回来粘向弯头的内壁为止。

图14-21 在表面不同的粗糙程度下，圆柱体的迎面摩阻系数C_x与Re数的关系(www.xing528.com)

可是转弯处的离心力并不使粘着层固附于弯头的整个曲线上，因而水流在某一点又与壁脱离，但这已是在距内曲线始点较远距离处的湍流层脱离。

开始时，在层流脱离点及粘着点之间形成闭合的涡流区，此区域随着Re的增大而最后消散。当过渡点与层流脱离点相重合时，所述区域始完全消散。此瞬间相应于过渡流型的完成，在此以后摩阻系数停止下降，并取得1几乎是常数的数值。所述瞬间相应于Re=0.2×10⁶～0.25×10⁶。

在最近于弯头曲线始点的一点中所发生的层流层的脱离，当然在内壁处给出最广阔的（按宽度及长度）涡流区。当过渡点逐渐近于层流脱离点时，此涡流区即收缩。当在距曲线始点较远（沿水流）的一点中发生湍流脱离时，涡流区有最小的尺寸。