层流和湍流。 流体流动状态

学习的液体和气体流的属性是对整个行业和公共事业非常重要。 在水面上传输速率的层流和湍流的效果，油，用于各种目的的天然气管道，会影响其它参数。 这些问题做科学流体力学。

分类

在流体流动状态和气体的科学环境分为两个截然不同的类：

• 层（喷墨）;
• 动荡。

此外区分过渡阶段。 顺便提及，术语“液体”具有广泛的含义：它可以是不可压缩的（液体实际上是），可压缩（气体），导电性，等...

病历

在1880年的另一门捷列夫两个相对的流动状态的存在的想法中表达。 欲了解更多详细信息，关于这个问题研究了英国物理学家和工程师奥斯本·雷诺兹谁完成的研究于1883年。 首先，实际上，然后用它发现在液体输送的低流率成为层流形式的公式：层（颗粒流）几乎不能混合和沿平行的路径移动。 然而，克服一定的临界值（对于不同的条件下，它是不同的）后，得到标题雷诺数液体流动条件变化：喷流变得混乱涡流 - 即，湍流。 事实证明，这些参数是在一定程度上固有和气体。

实用英语科学家计算表明的，行为例如，水，是高度依赖于罐（管道，通道，毛细管等），在其中流动的形状和尺寸。 在配管具有圆形横截面（例如用于安装压力管道），其雷诺数-式 临界状态的 描述如下：回复= 2300为了打开的流路 的雷诺数是 不同的：回复= 900用于再更小的值是有序的，在大 - 混乱。

层流

不同于层流是湍流的性质和水方向（气体）流。 他们移动层不混合，无脉动。 换句话说，该运动发生均匀而不会在压力方向和速度不稳定的跳跃。

层流流动的形成方法，例如，在窄 的血管 的生物，植物毛细血管和相当的条件下，在非常粘稠的液体的电流（燃料油通过管道）。 以可视化的喷流足以显示一个小水龙头 - 水会流静静，均匀，无混合。 如果拧开水龙头到结束时，系统压力将上升，流量会变得混乱。

湍流

不同于层状，其中相邻颗粒移动沿着基本平行的路径，流体的湍流是无序的性质。 如果我们用拉格朗日方法，粒子的运动轨迹可以任意重叠和行为相当不可预测。 在这些条件下的液体和气体的运动总是短暂的，与这些参数nonstationarities可以具有非常宽的范围。

作为层状气流进入湍流状态的进行，可以通过燃烧的香烟的烟的示例缕缕在静止空气中进行监测。 最初，粒子移动的时间几乎不变的平行路径。 烟雾似乎固定。 然后，在某些时候忽然有一些移动完全随机的大漩涡。 这些旋涡分解成较小的 - 为更小等特点。 最终，几乎烟与周围空气混合。

震荡周期

上面的例子是一本教科书，并从他的观察科学家们提出了以下结论：

1. 层流和湍流在本质概率：从一种模式过渡到另一个是不完全正确的地方，在一个相当任意的，随机的位置。
2. 首先，有大的涡流是比轻烟的大小。 运动变得不稳定和强烈的各向异性。 大流量变得不稳定，分解成越来越小。 因此，有漩涡的层次结构。 运动的能量从大转移到小的，并且在该过程结束时消失 - 在小规模上发生能量耗散。
3. 湍流是不稳定的：一个特定的涡流可以是完全随机的，不可预测的地方。
4. 混合烟与周围空气中不采取下层流的地方，在动荡的 - 是非常密集。
5. 尽管边界条件是固定的，湍流本身的性质有明显的瞬时 - 所有气体动力学参数随时间而改变。

还有动荡的另一个重要特性：它始终是三维的。 即使我们考虑在管或二维边界层一维流动仍然湍流漩涡的运动发生在三个坐标轴的方向。

雷诺数：式

从层过渡到紊流的特征在于所谓的临界雷诺数：

_{再CR =（ρUL/μ）} CR，

其中ρ - 密度流中，u - 流量特性; L -流量特性尺寸，μ -系数 动态粘度的， CR -用于由管具有圆形横截面。

例如，对于在配管L1与速度u的流被用作 管道直径。 奥斯本·雷诺兹表明，在这种情况下2300 <再_CR <20000，价差是非常大的，大小差不多一个数量级。

类似的结果在晶片上的边界层而获得。 特征尺寸取为从板的前边缘的距离，然后^3×5月¹⁰日<再_CR ^<4×10四月 如果L被定义为边界层的厚度，2700 <再_CR <9000。有迹象表明，已经表明，重新_Cr的值可以是更大的实验研究。

速度扰动的概念

在层流和湍流的流体流动，并且相应地，雷诺数（Re）的临界值取决于大量的因素，从压力梯度，凸块粗糙度，在外部流湍流强度，温差等为了方便的高度，这些聚集体因子被称为扰动速度因为它们对流量有一定的影响。 如果这个干扰小，可以解决粘性力寻求一致的速度场。 对于流量的大扰动可能变得不稳定，并出现动荡。

鉴于雷诺数的物理意义 - 惯性力和粘性力的比例，不满由式覆盖流：

RE ^{=ρUL/μ=ρu2} /（μ×（U / L ））。

分子是两倍的速度头和分母 - 值是摩擦应力的数量级，如果L被作为边界层的厚度。 动态压力趋向于破坏平衡和 摩擦力 反对。 但是，目前还不清楚为什么 的惯性力 （或速度压力）导致的变化，只有当他们是1000倍以上粘滞力。

计算和事实

大概，更方便地用作特征速度重新_CR不是绝对的流速u，和速度扰动。 在这种情况下，临界雷诺数将是约10个，超过5倍以上的层流的动态压力扰动粘性应力时即变成湍流流体流动。 这个定义根据一些科学家重新既受以下实验证明的事实解释。

对于在完全平滑表面的完美均匀的速度分布传统上通过的数目来确定重新_CR趋于无穷大，即，过渡实际发生湍流。 这里雷诺数由扰动速度低于临界值，该值等于10的大小来确定。

在人工湍流的存在，引起飞溅率与基本速率可比，流动变成湍流以低得多的雷诺数大于重新_CR，从速度的绝对值来确定。 这允许使用的系数重新_CR = 10，其中特征速度是由上述理由的速度扰动的绝对值的。

在管道中的层流态的稳定性

在层流和湍流是通用于所有类型的各种条件下为液体和气体。 流的层流性质是罕见的并且其特征在于，例如，对于窄地下溪流平原。 更多的，这个问题是由管道水，油，气等流体的运输实际应用的环境科学家的关注。

Q层流稳定性是密切相关的研究扰乱了主流的运动。 它被发现在所谓的小扰动的影响。 取决于他们是否增长或消失随着时间的推移，基本流程被认为是稳定或不稳定。

对于可压缩和不可压缩流体

其中一个影响层流和湍流流体流动的因素是它的压缩率。 该流体属性是在非平稳过程，在初级电流迅速变化的稳定性的研究尤为重要。

研究表明，在筒状部的所述管的不可压缩的流体的层流是在时间和空间相对较小的轴对称和非轴对称扰动抗性。

近来，计算关于在圆筒形管的入口部分中的轴对称流动阻力干扰的影响进行，其中主电流是依赖于两个坐标。 管的坐标轴被认为是影响沿着主流动管的半径的速度分布的参数。

结论

尽管研究的世纪里，我们不能说，层流和湍流的深入研究。 在微观层面的实验研究，提高需要一个合理的计算论证新问题。 研究的本质是应用和使用：世界上成千上万的水，油，气和产品公里。 在运输过程中减少震荡的时间越长，引入的技术解决方案，更有效的将是。