層流

層流

層流(laminar flow)是流體的一種流動狀態,它作層狀的流動。流體在管內低速流動時呈現為層流,其質點沿著與管軸平行的方向作平滑直線運動。流體的流速在管中心處最大,其近壁處最小。管內流體的平均流速與最大流速之比等於0.5。

簡介

對於粘性流體的層狀運動,流體微團的軌跡沒有明顯的不規則脈動。相鄰流體層間只有分子熱運動造成的動量交換。層流只出現在雷諾數Re(Re=ρUL/μ)較小的情況中,即流體密度ρ、特徵速度U和物體特徵長度L都很小,或流體粘度μ很大的情況中。當Re超過某一臨界雷諾數Recr時,層流因受擾動開始向不規則的湍流過渡,同時運動阻力急劇增大。臨界雷諾數主要取決於流動形式。對於圓管,Recr≈2000,這時特徵速度是圓管橫截面上的平均速度,特徵長度是圓管內徑。層流一般比湍流的摩擦阻力小,因而在飛行器或船舶設計中,應儘量使邊界層流動保持層流狀態。

舉例說明

在低雷諾數的情況下,細緻地調節細管中紅水的流速,當它與主流管內水流速度相近時,可以看到清水中有穩定而清晰的紅色水平流線,主流管中各水層互不干擾,是層流的典型例子。

經常遇見的層流現象還有毛細管或多孔介質中的流動、軸承潤滑膜中的流動、微小顆粒在粘性流體中運動時引起的流動、液體或氣體流經物體表面附近形成的邊界層中的流動等。

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