关于流动现象，层流，湍流，边界层
2020-03-09 18:47阅读：
流体，一般指气体或液体，流动一般指在管内，圆管居多。
下面就从
1、雷诺实验现象
2、边界层的现象
3、边界层分离
几个方面讨论一下，请参与指导。
一、流动型态： 两种流型——层流和湍流
1883年，雷诺（Reynolds）通过实验发现流体流动中存在两种截然不同的流动型态。
1、
当Re≤2000时，流动为层流，此为层流区；
2、
当Re＞4000时，一般出现湍流，此为湍流区；
当2000<4000时，流动可能是层流，也可能是湍流。
二种流型，三个Re 区域。
1、层流时，以质点的运动看，是许多质点构成的层与层之间没有扰动，互相平行的运动；对于牛顿型流体，层与层之间的摩擦应力遵循牛顿粘性定律：以空间的某固定位置观察，其速度，方向是稳定不变的。
2、湍流时，质点之间不形成稳定的层，而是乱流，紊流；如以某点观察，其速度
、方向是波动的、扰动的。
二、边界层的形成与发展
一、边界层的形成
1、
当流体与大平板开始接触时，由于流体分子与固体表面的分子作用力（假设是吸附上了一层），所以与平板固体表面的薄层是与固体表面不滑脱的，速度为零；
2、 由于是实际流体，有粘性，所以离开壁面那一层的流体就有一定的速度了，层与层之间遵从牛顿粘性定律，形成速度梯度；
3、在 速度比 u/uo=0.99 时，定义为边界层的厚度，认为往外的速度梯度不大了。
二、边界层的发展
1、随着流体继续向前流动，边界层发展的越来越厚。当达到一定厚度时，边界层开始不稳定，进而发展成为湍流边界层；
2、湍流边界层内流体流动紊乱，边界层厚度的定义一样；
3、湍流边界层最底部有一很薄的区域为层流内层，流动仍为层流，在层流内层与湍流边界层之间还有一个缓冲层。
4、在层流边界层发展到湍流边界层的过程中，有个缓冲区
∴ 图示中，三个区：层流区、缓冲区、湍流区；
湍流区内有三层：湍流层、缓冲层、层流内层。
三、圆管内边界层的发展
1、流体进入管内，一样形成流动边界层，开始时是层流边界层，厚度也是0.99 u0
与平板不一样的地方是，随着向管内的流动，由于边界层内存在速度梯度，速度向壁面逐步降低到
0
∴ 中间部分
边界层外的流体是一直在加速的（平板上的不加速，因为空间无限大）
2、管内层流流动：当层流边界层发展到管中心位置，四周的边界层汇合，成为充分发展了的管内层流流动；边界层也不在发展，速度曲线稳定。中心的速度是开始进入管的速度的二倍（进入管的速度是均匀的，也是以后管内的平均速度。
3、管内湍流流动：随着边界层的增厚，层流边界层发展为湍流边界层，继续发展，湍流边界层汇合与管中心，成为了充分发展了的管内湍流流动。以后，速度曲线不再变化，靠壁面仍后一层流内层，或层流底层；层流内层与湍流层之间存在一个缓冲从。
4、从进口到边界层汇合，速度曲线沿管长一直在变化，直到汇合后才不再变化，汇合之前的长度成为进口段。
一般为 30-50 d 。以后做管内测量一般避开这一段。
四、边界层分离
当流体流过一圆柱体时，如空气流过旗杆的情况，如图：
1、流体到达A点时，由于圆柱的阻挡作用，流体的速度降为0，成为驻点，动能转换为静压能；
2、流体接触到柱体表面，形成边界层，也存在流动阻力
3、当到达B点 时，由于流道的挤压，流速增大，压力最小；
4、继续向前绕过圆柱的过程中，由于流道的加宽，流速开始降低，压力逐步增大，到达C点时，动能降为0，也成为驻点，边界层离开柱面，形成边界层分离现象；
5、再向前，边界层离开壁面，与壁面之间形成倒流、涡流、乱流，能耗较大。
由于边界层分离造成的能量损失成为局部损失。
所以，可以看见旗杆上的旗子是扑啦啦的很乱流
在应用上：
1、飞机升空原理，飞机翅膀剖面：
高空中空气流过机翅时，
（1）上下结构形状不一样，形成压力差，产生了升力；
（2）翅膀有尾翼，使边界层到尾翼尖部时再离开。
2、足球的香蕉球原理
