层流与湍流的本质区别(层流是流体的一种流动状态)
层流是流体的一种流动状态。当液体在管道中流动时,其质点沿着与管轴平行的方向光滑直线移动。这种流被称为层流或滞流,也被称为直线流。管道中心的流速最大,靠近墙壁的流速最小。管道中流体的平均流速与最大流速的比例等于0.5。根据雷诺实验,当雷诺准数Re时<2320时,流体的流动状态为层流。

渗流是流体的流动状态。当流速很小时,液体分层流动,不混合,称为层流,也称为稳流或片流;流速逐渐增加,流体流线开始波浪摆动,随着流速的增加,摆动次数和振幅增加,称为过渡流。当流量增加到很大程度时,流线不再清晰可辨。流场中有许多小漩涡,层流被破坏。不仅有滚动,还有相邻流层之间的混合物。此时,液体进行不规则运动,产生垂直于流管轴方向的分速率,称为湍流,又称湍流、扰流或湍流。
扩展阅读
对于牛顿流体,Emmons(1951)在平板边界层流动实验中观察到,层流到湍流的转捩在开始阶段是一个局部现象,然后形成湍流斑。然后,他描述了湍流斑的形成原理,以及通过一定频率的有限振幅扰动扩展到完全湍流的原理(图4.1)。从那时起,人们认为从层流到湍流的转捩不是在整个流场中突然发生的,而是首先从流场中的某个位置开始,然后从该位置逐渐扩展。自然地,在流场中找到这样一个最初湍流斑出现的位置具有重要意义。
通过以上研究的一个结论就是,当足球后方的空气流,从湍流模式转变为层流的过程中,那么球的飞行速度将会明显变慢。这也是多年来,制作一个好的比赛用球,所要考虑的重要因素,说白了就是有效控制气流从湍流过渡到层流的速度。
混沌气流称为湍流,只有当球体运行速度很快时才会产生。常规气流称为层流,它发生在球体速度较慢的时候。这两者之间的转换发生在何时则要取决于球体的形状。
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