實際液體由於存在粘滯性而具有的兩種流動形態。液體質點作有條不紊的運動，彼此不相混摻的形態稱為層流。液體質點作不規則運動、互相混摻、軌跡曲折混亂的形態叫做紊流（湍流，亂流）。它們傳遞動量、熱量和質量的方式不同：層流通過分子間相互作用，紊流主要通過質點間的混摻。紊流的傳遞速率遠大於層流。水利工程所涉及的流動，一般為紊流。
基本介紹
- 中文名：層流和紊流
- 外文名：Laminar and turbulent
- 實質：傳遞動量
- 正文：雷諾數
簡介
雷諾數 表征液流慣性力與粘滯力相對大小，可用以判別流動形態的無因次數，記作Re。雷諾數的定義式為：Re=ρvd/μ 式中ρ、μ為液體的密度和動力粘滯係數；v、d為流動的特徵速度和特徵長度。雷諾數小時,粘性效應在整個流場中起主要作用,流動為層流。雷諾數大時，紊動混摻起決定作用，流動為紊流。對於同樣的液流裝置，由層流轉換為紊流時的雷諾數恆大於紊流向層流轉換的雷諾數。前者稱上臨界雷諾數，其值隨試驗條件而變，很不穩定；後者稱下臨界雷諾數，其值比較穩定，對於一般條件下的管流（圓管直徑為特徵長度，斷面平均流速為特徵速度），約為2300。
層流 只存在粘滯切應力。在簡單的剪下流中，粘滯切應力：μ
式中 為剪下變形速度,亦即速度沿垂直方向的變化率；μ為動力粘滯係數,只和液體種類及溫度有關的常數。此式表達了著名的牛頓內摩擦定律。層流中摩擦阻力及沿程水頭損失均與流速的一次方成正比，流速分布呈拋物線型。圓管層流流速分布如圖1所示。 紊流 又稱湍流。液體運動呈隨機性，即速度、壓強等均隨時間、空間作不規則的脈動，是紊流的基本特徵（圖2）。可採用時間平均法,將任一物理量的瞬時值分解為時均值與脈動值，即： 式中u∞、ū∞、u'分別為某一點處沿x方向的瞬時流速、時均流速與脈動流速；p、
、p'分別為某點處的瞬時壓強、時均壓強與脈動壓強;T為適當選取進行平均的時段。
紊流中除粘滯切應力τ1外,還有紊流附加切應力τt。由納維－斯托克斯方程導出紊流時均運動的雷諾方程,就會增添紊流附加應力，又稱雷諾應力。如紊流時均速度分量僅有ūx=ūx(y),則有：式中vt為紊動交換係數或渦旋運動粘滯係數。和運動粘滯係數υ不同,它不是單由物性決定的常數，而是和流動狀態有關的變數。
關於τt或vt的計算,常用L.普朗特提出的動量傳遞理論，即：式中l為混合長。顯然。按照動量傳遞理論結合實驗,已導出紊流的對數型速度分布公式,與實驗結果比較接近。與層流相比較，紊流流速分布趨於均勻，摩擦阻力和水頭損失增大，在充分發展的紊流中，沿程水頭損失與流速的二次方成正比。
雷諾數 表征液流慣性力與粘滯力相對大小，可用以判別流動形態的無因次數，記作Re。雷諾數的定義式為：Re=ρvd/μ 式中ρ、μ為液體的密度和動力粘滯係數；v、d為流動的特徵速度和特徵長度。雷諾數小時,粘性效應在整個流場中起主要作用,流動為層流。雷諾數大時，紊動混摻起決定作用，流動為紊流。對於同樣的液流裝置，由層流轉換為紊流時的雷諾數恆大於紊流向層流轉換的雷諾數。前者稱上臨界雷諾數，其值隨試驗條件而變，很不穩定；後者稱下臨界雷諾數，其值比較穩定，對於一般條件下的管流（圓管直徑為特徵長度，斷面平均流速為特徵速度），約為2300。
層流 只存在粘滯切應力。在簡單的剪下流中，粘滯切應力：μ
紊流中除粘滯切應力τ1外,還有紊流附加切應力τt。由納維－斯托克斯方程導出紊流時均運動的雷諾方程,就會增添紊流附加應力，又稱雷諾應力。如紊流時均速度分量僅有ūx=ūx(y),則有：式中vt為紊動交換係數或渦旋運動粘滯係數。和運動粘滯係數υ不同,它不是單由物性決定的常數，而是和流動狀態有關的變數。
關於τt或vt的計算,常用L.普朗特提出的動量傳遞理論，即：式中l為混合長。顯然。按照動量傳遞理論結合實驗,已導出紊流的對數型速度分布公式,與實驗結果比較接近。與層流相比較，紊流流速分布趨於均勻，摩擦阻力和水頭損失增大，在充分發展的紊流中，沿程水頭損失與流速的二次方成正比。
