层流与湍流
流体力学是经典物理学的重要组成部分,其应用范围从灌溉到人体生理学。它在航空航天、海洋、灌溉、水利等许多学科领域都有重要的工程贡献。
流体流动在不同的状态下变化,为了便于分析,将流动分为不同的状态,其中流体特性(如速度、压力、密度和粘度)表征了每个状态。湍流和层流是两种主要的流型。
什么是层流?
当流体中的粒子不相交于彼此的路径而流动,并且粒子的速度总是与粒子的路径相切时,这种流动被称为流线。当流线流动发生时,流体颗粒层倾向于在不干扰其他颗粒运动的情况下滑过相邻颗粒,这种情况发生在流体流动的层或层中。这种流动被称为层流。当流体速度较低时,出现层流或流线流。
在层流中,与静止表面接触的层的速度为零,并且在垂直于表面的方向上,层的速度趋于增加。此外,速度、压力、密度和其他流体动力学特性在流动空间中的每个点都保持不变。
雷诺数是一种流体能经受多好的层流流动的指标。当雷诺数较低时,流动趋于层流,粘**是层间相互作用的主要形式。当雷诺数较高时,流动趋于湍流,惯**是层间相互作用的主要形式。
什么是湍流?
当流动中的流体性质随时间迅速变化时,即速度、压力、密度和其他流动特性的变化呈现随机和任意变化时,这种流动称为湍流。
当雷诺数达到临界值2040时,有限长均匀圆管内的流体流动(也称为泊肃叶流)将产生湍流。然而,一般情况下,当雷诺数大于10000时,流动可能不是明显的湍流。
湍流具有随机性、扩散性和涡度特征。水流包含漩涡、横流和漩涡。
层流和湍流有什么区别?
•在层流中,流动发生在低速和低雷诺数下,而湍流发生在高速和高雷诺数下。
•在层流中,流体管线的路径是规则和流线型的,其中流体路径和流体分层流动没有横向扰动。在紊流中,流型是不规则和混沌的,在那里会产生漩涡、漩涡和横流。