层流和紊流 cengliu he wenliu 层流和紊流 laminar flow and turbulent flow 实际液体由于存在粘滞性而具有的两种流动形态。液体质点作有条不紊的运动，彼此不相混掺的形态称为层流。液体质点作不规则运动、互相混掺、轨迹曲折混乱的形态叫做紊流。它们传递动量、热量和质量的方式不同：层流通过分子间相互作用，紊流主要通过质点间的混掺。紊流的传递速率远大于层流。水利工程所涉及的流动，一般为紊流。 雷诺数 表征液流惯性力与粘滞力相对大小，可用以判别流动形态的无因次数，记作。雷诺数的定义式为： [19-01] 式中、、分别为液体的密度动力粘滞系数、运动粘滞系数；、为流动的特征速度和特征长度。雷诺数小时,粘性效应在整个流场中起主要作用,流动为层流。雷诺数大时，紊动混掺起决定作用，流动为紊流。对于同样的液流装置，由层流转换为紊流时的雷诺数恒大于紊流向层流转换的雷诺数。前者称上临界雷诺数，其值随试验条件而变，很不稳定；后者称下临界雷诺数，其值比较稳定，对于一般条件下的管流（圆管直径为特征长度，断面平均流速为特征速度），约为2300。 层流 只存在粘滞切应力。在简单的剪切流中，粘滞切应力： [19-02]式中[19-03]为剪切变形速度,亦即速度沿垂直方向的变化率；为动力粘滞系数,只和液体种类及温度有关的常数。此式表达了著名的牛顿内摩擦定律。层流中摩擦阻力及沿程水头损失均与流速的一次方成正比，流速分布呈抛物线型。圆管层流流速分布如图1[ 层流和紊流流速分布比较]所示。 紊流 又称湍流。液体运动呈随机性，即速度、压强等均随时间、空间作不规则的脉动，是紊流的基本特征（图2[紊流流速脉动]动值，即： ）。可采用时间平均法,将任一物理量的瞬时值分解为时均值与脉 [19-04]式中、、分别为某一点处沿 方向的瞬时流速、时均流速与脉动流速；、、分别为某点处的瞬时压强、时均压强与脉动压强;为适当选取进行平均的时段。 紊流中除粘滞切应力外,[kg2]还有紊流附加切应力。由纳维-斯托克斯方程导出紊流时均运动的雷诺方程,就会增添紊流附加应力，又称雷诺应力。如紊流时均速度分量仅有＝(),则有： [20-01] 关于或式中为紊动交换系数或涡旋运动粘滞系数。和运动粘滞系数不同,它不是单由物性决定的常数，而是和流动状态有关的变量。 的计算,[kg2]常用L.普朗特提出的动量传递理论，即： [20-02]式中为混合长。显然[20-03]按照动量传递理论结合实验,已导出紊流的对数型速度分布公式,与实验结果比较接近。与层流相比较，紊流流速分布趋于均匀，摩擦阻力和水头损失增大，在充分发展的紊流中，沿程水头损失与流速的二次方成正比。 附 录 水的运动粘性系数ν和质量密度ρ（根据第10届ITTC） 淡 水 10×ν （m/s） 1.78667 1.72701 1.67040 1.61665 1.56557 1.51698 1.47070 1.42667 1.38471 1.34463 1.30641 1.26988 1.23495 1.20159 1.16964 水温 ρ 3海 水 10×ν （m/s） 1.82844 1.76915 1.71306 1.65988 1.60940 1.56142 1.51584 1.47242 1.43102 1.39152 1.35383 1.31773 1.28324 1.25028 1.21862 26淡 水 ρ 10×ν （m/s） 1.13902 26水温 ρ 3海 水 10×ν （m/s） 1.18831 1.15916 1.13125 1.10438 1.07854 1.05372 1.02981 1.00678 0.98457 0.96315 0.94252 0.92255 0.90331 0.88470 0.86671 0.84931 266t t ρ （kg/m） 1025.91 1025.71 1025.42 1025.22 1025.03 1024.73 1024.44 1024.15 1023.85 1023.56 1023.26 1022.97 1022.67 1022.28 1021.98 1021.69 32（kg/m） （℃） 999.82 999.82 999.92 999.92 999.92 999.92 999.92 999.82 999.82 999.73 999.63 999.53 999.43 999.33 999.14 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 （kg/m） 1028.07 3（kg/m） （℃） 999.04 998.94 998.74 998.55 998.35 998.16 997.96 997.76 997.47 997.27 996.98 996.78 996.49 996.20 995.90 995.61 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 1.10966 1027.97 1.08155 1027.87 1.05456 1027.87 1.02865 1027.77 1.00374 1027.68 0.97984 1027.48 0.95682 1027.38 0.93471 1027.19 0.91340 1027.09 0.89292 1026.89 0.87313 1026.69 0.85409 1026.60 0.83572 1026.30 0.81798 1026.11 0.80092 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/445e4e8cb8f67c1cfbd6b81f.html