紊流又称湍流,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,或称为片糖;逐渐增加流速,流体的流线开始出现波状的摆动,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。 紊流(Turbulent Flow)的特点:无序性:流体质点相互混掺,运动无序,运动要素具有随机性。 耗能性:除了粘性耗能外,还有更主要的由于紊动产生附加切应力引起的耗能。 扩散性:除分子扩散外,还有质点紊动引起的传质、传热和传递动量等扩散性能。 中文名:紊流 外文名:Turbulent Flow 紊流一般相对“层流”而言。一般用雷诺数判定。雷诺数小,意味着流体流动时各质点间的粘性力占主要地位,流体各质点平行于管路内壁有规则地流动,呈层流流动状态。雷诺数大,意味着惯性力占主要地位,流体呈紊流流动状态,一般管道雷诺数Re<2100为层流状态,Re>4000为紊流状态,Re=2100~4000为过渡状态。在不同的流动状态下,流体的运动规律。流速的分布等都是不同的,因而管道内流体的平均流速与最大流速的比值也是不同的。因此雷诺数的大小决定了粘性流体的流动特性。 速度、压强等物理量在时间和空间中发生脉动的流体运动,又称湍流。 ①流体质点的运动极不规则,流场中各种流动参数的值具有脉动现象。②由于脉动的急剧混掺,流体动量、能量、温度以及含有物的浓度的扩散速率较层流为大。③紊流是有涡流动,并且具有三维特征。1883年,O.雷诺发表了他观测层流及紊流流态的文章,并于1894年推导出索流时均流动的基本方程——雷诺方程式。20世纪20年代以来,发展了各种半经验理论和各种紊流模型,从而对紊流问题可进行定量的分析。从30年代起,紊流统计理论,特别是G.I.泰勒的均匀各向同性紊流理论得到了发展;40年代苏联的A.H.科尔莫戈罗夫提出了局部各向同性紊流理论。50年代中国的周培源对于均匀各向同性紊流提出了旋涡结构理论;同时,紊流的试验研究使人们对紊流的性质也有了进一步的了解。60年代以后,氢泡法、高速摄影等量测技术的使用更进一步揭示了紊流机理;电子计算机的应用也使量测数据处理简易化,从而对紊流的起源、紊流的内部结构有了深入的认识。对壁面紊流的起源提出了猝发现象的图形。但就实用观点来说,至今还没有一个较为成熟的紊流理论,许多基本技术问题还不能完满地用紊流理论来解决,主要还是利用半经验公式。 紊流按其流动特点可分为:①各向同性均匀紊流,是一种假想的紊流模型,其紊动特征(如紊动强度)在各空间点是一样的(均匀性),在各方向也是一样的(各向同性)。在这种紊流中没有流速梯度,因而没有剪切应力。局部各向同性紊流是只考虑小尺度涡旋为各向同性的一种紊流模型。②剪切紊流,是指有时均流速梯度,因而有剪切应力的紊流,它又可分为自由紊流(紊动发展不受固体壁面限制)和壁面紊流(流速梯度是由固体边壁引起的)。研究紊流可从理论和实验两个方面来进行。 紊流理论,层流稳定性问题和充分发展的紊流特性问题是紊流理论中重要的内容。层流稳定性问题,层流对外来的各种扰动均具有一定的抑制能力,这种能力称为流动的稳定性。流体的惯性使扰动扩大,但流体的粘性则抑制扰动,故流动的稳定性随雷诺数的增大而减弱。层流开始转变为紊流的雷诺数称为临界雷诺数。小扰动法是分析流动稳定性的一个重要理论。在多数情况下,壁面剪切流中的扰动逐渐增长,使流动失稳而形成紊流斑,最后形成紊流。
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