層流和湍流。 流體流動狀態

學習的液體和氣體流的屬性是對整個行業和公共事業非常重要。 在水面上傳輸速率的層流和湍流的效果，油，用於各種目的的天然氣管道，會影響其它參數。 這些問題做科學流體力學。

分類

在流體流動狀態和氣體的科學環境分為兩個截然不同的類：

• 層（噴墨）;
• 動盪。

此外區分過渡階段。 順便提及，術語“液體”具有廣泛的含義：它可以是不可壓縮的（液體實際上是），可壓縮（氣體），導電性，等...

病歷

在1880年的另一門捷列夫兩個相對的流動狀態的存在的想法中表達。 欲了解更多詳細信息，關於這個問題研究了英國物理學家和工程師奧斯本雷諾誰完成的研究於1883年。 首先，實際上，然後用它發現在液體輸送的低流率成為層流形式的公式：層（顆粒流）幾乎不能混合和沿平行的路徑移動。 然而，克服一定的臨界值（對於不同的條件下，它是不同的）後，得到標題雷諾數液體流動條件變化：噴流變得混亂渦流 - 即，湍流。 事實證明，這些參數是在一定程度上固有和氣體。

實用英語科學家計算表明的，行為例如，水，是高度依賴於罐（管道，通道，毛細管等），在其中流動的形狀和尺寸。 在配管具有圓形橫截面（例如用於安裝壓力管道），其雷諾數-式 臨界狀態的 描述如下：回复= 2300為了打開的流路 的雷諾數是 不同的：回复= 900用於再更小的值是有序的，在大 - 混亂。

層流

不同於層流是湍流的性質和水方向（氣體）流。 他們移動層不混合，無脈動。 換句話說，該運動發生均勻而不會在壓力方向和速度不穩定的跳躍。

層流流動的形成方法，例如，在窄 的血管 的生物，植物毛細血管和相當的條件下，在非常粘稠的液體的電流（燃料油通過管道）。 以可視化的噴流足以顯示一個小水龍頭 - 水會流靜靜，均勻，無混合。 如果擰開水龍頭到結束時，系統壓力將上升，流量會變得混亂。

湍流

不同於層狀，其中相鄰顆粒移動沿著基本平行的路徑，流體的湍流是無序的性質。 如果我們用拉格朗日方法，粒子的運動軌跡可以任意重疊和行為相當不可預測。 在這些條件下的液體和氣體的運動總是短暫的，與這些參數nonstationarities可以具有非常寬的範圍。

作為層狀氣流進入湍流狀態的進行，可以通過燃燒的香煙的煙的示例縷縷在靜止空氣中進行監測。 最初，粒子移動的時間幾乎不變的平行路徑。 煙霧似乎固定。 然後，在某些時候忽然有一些移動完全隨機的大漩渦。 這些旋渦分解成較小的 - 為更小等特點。 最終，幾乎煙與周圍空氣混合。

震盪週期

上面的例子是一本教科書，並從他的觀察科學家們提出了以下結論：

1. 層流和湍流在本質概率：從一種模式過渡到另一個是不完全正確的地方，在一個相當任意的，隨機的位置。
2. 首先，有大的渦流是比輕煙的大小。 運動變得不穩定和強烈的各向異性。 大流量變得不穩定，分解成越來越小。 因此，有漩渦的層次結構。 運動的能量從大轉移到小的，並且在該過程結束時消失 - 在小規模上發生能量耗散。
3. 湍流是不穩定的：一個特定的渦流可以是完全隨機的，不可預測的地方。
4. 混合煙與周圍空氣中不採取下層流的地方，在動盪的 - 是非常密集。
5. 儘管邊界條件是固定的，湍流本身的性質有明顯的瞬時 - 所有氣體動力學參數隨時間而改變。

還有動盪的另一個重要特性：它始終是三維的。 即使我們考慮在管或二維邊界層一維流動仍然湍流漩渦的運動發生在三個坐標軸的方向。

雷諾數：式

從層過渡到紊流的特徵在於所謂的臨界雷諾數：

_{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 -係數 動態粘度的， CR -用於由管具有圓形橫截面。

例如，對於在配管L1與速度u的流被用作 管道直徑。 奧斯本雷諾表明，在這種情況下2300 <再_CR <20000，價差是非常大的，大小差不多一個數量級。

類似的結果在晶片上的邊界層而獲得。 特徵尺寸取為從板的前邊緣的距離，然後^3×5月¹⁰日<再_CR ^<4×10四月 如果L被定義為邊界層的厚度，2700 <再_CR <9000。有跡象表明，已經表明，重新_Cr的值可以是更大的實驗研究。

速度擾動的概念

在層流和湍流的流體流動，並且相應地，雷諾數（Re）的臨界值取決於大量的因素，從壓力梯度，凸塊粗糙度，在外部流湍流強度，溫差等為了方便的高度，這些聚集體因子被稱為擾動速度因為它們對流量有一定的影響。 如果這個干擾小，可以解決粘性力尋求一致的速度場。 對於流量的大擾動可能變得不穩定，並出現動盪。

鑑於雷諾數的物理意義 - 慣性力和粘性力的比例，不滿由式覆蓋流：

RE ^{=ρUL/μ=ρu2} /（μ×（U / L ））。

分子是兩倍的速度頭和分母 - 值是摩擦應力的數量級，如果L被作為邊界層的厚度。 動態壓力趨向於破壞平衡和 摩擦力 反對。 但是，目前還不清楚為什麼 的慣性力 （或速度壓力）導致的變化，只有當他們是1000倍以上粘滯力。

計算和事實

大概，更方便地用作特徵速度重新_CR不是絕對的流速u，和速度擾動。 在這種情況下，臨界雷諾數將是約10個，超過5倍以上的層流的動態壓力擾動粘性應力時即變成湍流流體流動。 這個定義根據一些科學家重新既受以下實驗證明的事實解釋。

對於在完全平滑表面的完美均勻的速度分佈傳統上通過的數目來確定重新_CR趨於無窮大，即，過渡實際發生湍流。 這裡雷諾數由擾動速度低於臨界值，該值等於10的大小來確定。

在人工湍流的存在，引起飛濺率與基本速率可比，流動變成湍流以低得多的雷諾數大於重新_CR，從速度的絕對值來確定。 這允許使用的係數重新_CR = 10，其中特徵速度是由上述理由的速度擾動的絕對值的。

在管道中的層流態的穩定性

在層流和湍流是通用於所有類型的各種條件下為液體和氣體。 流的層流性質是罕見的並且其特徵在於，例如，對於窄地下溪流平原。 更多的，這個問題是由管道水，油，氣等流體的運輸實際應用的環境科學家的關注。

Q層流穩定性是密切相關的研究擾亂了主流的運動。 它被發現在所謂的小擾動的影響。 取決於他們是否增長或消失隨著時間的推移，基本流程被認為是穩定或不穩定。

對於可壓縮和不可壓縮流體

其中一個影響層流和湍流流體流動的因素是它的壓縮率。 該流體屬性是在非平穩過程，在初級電流迅速變化的穩定性的研究尤為重要。

研究表明，在筒狀部的所述管的不可壓縮的流體的層流是在時間和空間相對較小的軸對稱和非軸對稱擾動抗性。

近來，計算關於在圓筒形管的入口部分中的軸對稱流動阻力干擾的影響進行，其中主電流是依賴於兩個坐標。 管的坐標軸被認為是影響沿著主流動管的半徑的速度分佈的參數。

結論

儘管研究的世紀裡，我們不能說，層流和湍流的深入研究。 在微觀層面的實驗研究，提高需要一個合理的計算論證新問題。 研究的本質是應用和使用：世界上成千上萬的水，油，氣和產品公里。 在運輸過程中減少震盪的時間越長，引入的技術解決方案，更有效的將是。