层流阻力与紊流阻力区别
2016-04-01 22:53阅读：
层流和紊流
实际液体由于存在粘滞性而具有的两种流动形态。液体质点作有条不紊的运动，彼此不相混掺的形态称为层流。液体质点作不规则运动、互相混掺、轨迹曲折混乱的形态叫做紊流。它们传递动量、热量和质量的方式不同：层流通过分子间相互作用，紊流主要通过质点间的混掺。紊流的传递速率远大于层流。水利工程所涉及的流动，一般为紊流。
正文
雷诺数
表征液流惯性力与
粘滞力相对大小，可用以判别流动形态的
无因次数，记作
Re。雷诺数的定义式为：
式中
ρ、
μ、υ分别为液体的密度、动力粘滞系数、运动粘滞系数；
υ、
L为流动的特征速度和
特征长度。雷诺数小时,粘性效应在整个流场中起主要作用,流动为层流。雷诺数大时，紊动混掺起决定作用，流动为紊流。对于同样的液流装置，由层流转换为紊流时的雷诺数恒大于紊流向层流转换的雷诺数。前者称上
临界雷诺数，其值随试验条件而变，很不稳定；后者称下临界雷诺数，其值比较稳定，对于一般条件下的管流（圆管直径为特征长度，断面平均流速为特征速度），约为2300。
层流只存在粘滞
切应力。在简单的剪切流中，粘滞切应力：
式中为剪切变形速度,亦即速度沿垂直方向的变化率；
μ为动力粘滞系数,只和液体种类及温度有关的常数。此式表达了著名的
牛顿内摩擦定律。层流中摩擦阻力及
沿程水头损失均与流速的一次方成正比，流速分布呈抛物线型。圆管层流流速分布如图1所示。
层流和紊流
紊流
又称湍流。液体运动呈随机性，即速度、压强等均随时间、空间作不规则的脉动，是紊流的基本特征（图2）。可采用时间平均法,将任一物理量的瞬时值分解为时均值与脉动值，即：
层流和紊流
式中
u∞、ū∞、
u'分别为某一点处沿
x方向的瞬时流速、
时均流速与脉动流速；
p、圴、
p'分别为某点处的瞬时压强、时均压强与脉
动压强;
T为适当选取进行平均的时段。
紊流中除粘滞切应力
τ1外,还有紊流附加切应力
τt。由纳维－斯托克斯方程导出紊流时均运动的雷诺方程,就会增添紊流附加应力，又称雷诺应力。如紊流时均速度分量仅有ū
x＝ū
x(
y),则有：
式中
vt为紊动交换系数或涡旋运动粘滞系数。和运动粘滞系数υ不同,它不是单由物性决定的常数，而是和流动状态有关的变量。
关于
τt或
vt的计算,常用L.普朗特提出的动量传递理论，即：
式中
l为混合长。显然
。按照动量传递理论结合实验,已导出紊流的对数型速度分布公式,与实验结果比较接近。与层流相比较，紊流流速分布趋于均匀，摩擦阻力和水头损失增大，在充分发展的紊流中，沿程水头损失与流速的二次方成正比。
配图
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alex_xb创建， 欣然诺诺、alex_xb等参与编辑。
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流体作层流时,其沿程阻力损失主要是液体相邻各层滑动时因粘性而发生的内摩擦力.
紊流流动的水力阻力除了有象层流时的内摩擦力外,还有由于微团(指细微水滴而言)横向脉动,使微团混渗,引起微团间或微团与管壁间的碰撞和摩擦所造成的附加阻力.所以紊流时的水头损失比层流时要大得多.
层流：沿程损失与流速的1次方成正比；
紊流光滑区：沿程损失与断面平均流速的1.75次方成正比；
紊流粗糙区；沿程损失与断面平均流速的2次方成正比。（故又称阻力平方区）
紊流是流体力学中的一个术语，
是指流体从一种稳定状态向另一种稳定状态变化过程中的一种无序状态。具体是指流体流动时各质点间的惯性力占主要地位，流体各质点不规则地流动。
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＜2000为层流状态，Re＞4000为紊流状态，Re＝2000～4000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。
流体在管内流动时，其质点沿着与管轴平行的方向作平滑直线运动。此种流动称为层流或滞流，亦有称为直线流动的。流体的流速在管中心处最大，其近壁处最小。管内流体的平均流速与最大流速之比等于0.5，根据雷诺实验，当雷诺准数Re<2100时，流体的流动状态为层流。
粘性流体的层状运动。在这种流动中，流体微团的轨迹没有明显的不规则脉动。相邻流体层间只有分子热运动造成的动量交换。常见的层流有毛细管或多孔介质中的流动、轴承润滑膜中的流动、绕流物体表面边界层中的流动等。层流只出现在雷诺数Re（Re＝ρUL／μ)较小的情况中，即流体密度ρ、特征速度U和物体特征长度L都很小，或流体粘度μ很大的情况中。当Re超过某一临界雷诺数Recr时，层流因受扰动开始向不规则的湍流过渡，同时运动阻力急剧增大。临界雷诺数主要取决于流动形式。对于圆管，Recr≈2000，这里特征速度是圆管横截面上的平均速度，特征长度是圆管内径。层流远比湍流简单，其流动方程大多有精确解、近似解和数值解。层流一般比湍流的摩擦阻力小，因而在飞行器或船舶设计中，应尽量使边界层流动保持层流状态。
也就是说是层流还是紊流与不由速度决定，而由雷诺数决定
