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词条 湍流
释义

香烟产生的层流和湍流.

湍流,也称为紊流,是流体的一种流动状态。当流速很小时,流体分层流动,互不混合,称为层流,或称为片流;逐渐增加流速,流体的流线开始出现波浪状的摆动,摆动的频率及振幅随流速的增加而增加,此种流况称为过渡流;当流速增加到很大时,流线不再清楚可辨,流场中有许多小漩涡,称为湍流,又称为乱流、扰流或紊流。这种变化可以用雷诺数来量化。

§ 能量耗损E与速度的关系

流体作湍流时,阻力大流量小,能量耗损增加。实验证明,能量耗损E与速度的关系为

△ E= kv2 式中k是比例系数,它与管道的形状、大小以及管道的材料有关。式中的v是平均流速。在自然界中,我们常遇到流体作湍流,如江河急流、空气流动、烟囱排烟等都是湍流。

这种变化可以用雷诺数来量化。雷诺数较小时,黏滞力对流场的影响大于惯性力,流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减,流体流动稳定,为层流;反之,若雷诺数较大时,惯性力对流场的影响大于黏滞力,流体流动较不稳定,流速的微小变化容易发展、增强,形成紊乱、不规则的湍流流场。

流态转变时的雷诺数值称为临界雷诺数。一般管道雷诺数Re<2300为层流状态,Re>4000为湍流状态,Re=2300~4000为过渡状态。

§ 空气动力学中的湍流

空气动力学中的湍流指的是短时间(一般少于10min)内的风速波动。换言之,湍流指的是最高频谱峰值。

湍流产生原因主要有两个:

1.当空气流动时,由于地形差异(例如,山峰)造成的与地表的“摩擦”;

2.由于空气密度差异和气温变化的热效应空气气团垂直运动。

这两种运动往往相互关联。

§ 有关湍流的举例

当层流遇到障碍物时转变为湍流

香烟产生的烟。在最初的几厘米,烟的流场是层流,随着热空气的向上加速,烟就开始变得不稳定形成了湍流。与此类似,空气中污染的扩散就是由湍流主宰的。

F1赛车高速转弯时,前车尾部造成的湍流使后车前定风翼下压力损失约30%。如果距离前车太近,会造成转向不足。

§ 参考资料

[1] 科技网 http://info.yqie.com/T/T1142.HTM

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更新时间:2024/12/19 6:53:15