层流

生物科学2023-02-03 05:04:22百科

层流

又称滞流,由相互不掺混的流体层所构成的流动状态,是依据粘性流体流动的内在结构划分的两种基本流动状态之一。

流体的两种流动状态是1883年由英国O.雷诺首先通过实验确定的。雷诺实验装置如图,清水由恒定液面的水箱,流经一定长度的水平玻璃管,经调节阀排出;在玻璃管进口的中心处,连续引入着色的液体作为示踪剂。在管径一定和水温一定的条件下,当水的流速较低时,着色液体不与周围水流相混,而是呈直线或近于直线的形式随同水流流向下游,此色线也随之延伸至整个管段。这时的流动状态称层流。随着流速的提高,着色液体引入管后,色线发生波动,随后断裂并分散,逐渐扩散到管的整个截面。这时的流动状态称湍流。雷诺试验揭示出了流动流体内部存在的两种本质上不同的结构。

图

流体的流动状态可根据雷诺数加以判断。管流、绕流、射流等各种类型的流动都会发生层流和湍流,都可能发生两者间的互相转变,只是转变时的临界雷诺数不同。

层流状态下具有不同速度流体层之间的动量传递,是由流层间分子热运动和分子间的吸引力造成的。层流时的速度分布较不均匀,即最大速度与平均速度的差异较大。层流时流动阻力与流量成正比,传热分系数与传质分系数均与速度的平方根成正比。

自然界和工程上会遇到许多层流流动,如粘稠液体流动(聚合物加工和重油输送等)、毛细管和多孔介质中的流体流动等。

参考文章

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