湍流

✍ dations ◷ 2025-08-28 17:15:29 #湍流
湍流(英语:turbulence),也称为紊流(大陆地区的旧称),是流体的一种流动状态。当流速很小时,流体分层流动,互不混合,称为层流,或称为片流;逐渐增加流速,流体的流线开始出现波浪状的摆动,摆动的频率及振幅随流速的增加而增加,此种流况称为过渡流;当流速增加到很大时,流线不再清楚可辨,流场中有许多小漩涡,称为湍流,又称为乱流(日本及港澳台用字)、扰流或紊流。这种变化可以用雷诺数来量化。雷诺数较小时,黏滞力对流场的影响大于惯性力,流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减,流体流动稳定,为层流;反之,若雷诺数较大时,惯性力对流场的影响大于黏滞力,流体流动较不稳定,流速的微小变化容易发展、增强,形成紊乱、不规则的湍流流场。流态转变时的雷诺数值称为临界雷诺数。临界雷诺数与流场的参考尺寸有密切关系。一般管道流雷诺数Re<2100为层流状态,Re>4000为湍流状态,Re=2100~4000为过渡状态。在管路设计中,湍流比层流需要更高的泵输出功率。而在热交换器或者反应器设计中,湍流反而有利于热传递或者充分混合。有效地描述湍流的性质,至今仍然是物理学中的一个重大难题。大气湍流按成因分为“风暴湍流”和“晴空湍流”。前者由空气受热产生的强上升气流所致,因常发于风暴等上升气流旺盛的天气而得名。后者则是由于空气流动时不同气团交汇而成。风暴可由气象雷达预警,而“晴空湍流”由于缺乏征兆而较易发生意外。

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