未解決的物理學問題:能否建構一個理論模型來描述亂流的行為,特別是它的內部結構? | ![]() |
湍流(英语:turbulence),也稱為紊流(大陆地区的旧称),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(日本及港澳台用字)、扰流或紊流。
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。临界雷诺数与流场的参考尺寸有密切关系。一般管道流雷诺数Re<2100为层流状态,Re>4000为湍流状态,Re=2100~4000为过渡状态。
在管路设计中,湍流比层流需要更高的泵输出功率。而在 热交换器 或者反应器设计中,湍流反而有利于热传递或者充分混合。
有效地描述湍流的性质,至今仍然是物理学中的一个重大难题。
大气湍流按成因分为“ 风暴湍流 ”和“ 晴空湍流 ”。前者由空气受热产生的强 上升气流 所致,因常发于风暴等上升气流旺盛的天气而得名。后者则是由于空气流动时不同气团交汇而成。风暴可由气象雷达预警,而“ 晴空湍流 ”由于缺乏征兆而较易发生意外。