从层流到湍流:揭开管道流动中的统计力学之谜
管道中的流体流动可以大致分为层流和湍流。在层流中,流体粒子在平滑的层中运动。然而,随着流速的增加,流动会变成湍流,以涡流和漩涡为特征。这种转变不是突然的,而是通过一个临界点逐渐发生的。传统上,湍流的转变一直使用雷诺数来描述,雷诺数是一个无量纲量,它将流体特性、流速和管道直径联系起来。然而,这种方法缺乏...
超流体雷诺数与量子粘度:一种验证纯超流体的雷诺相似性的方法
层流是一种平稳的、有序的流动,而湍流是一种混乱的、无序的流动。在经典的流体中,粘度是由分子的碰撞和热运动造成的,它是一个正的、有限的数。但是,在超流体中,由于没有分子的碰撞和热运动,所以粘度是零,这就意味着超流体永远是层流的,对吗?其实不然,超流体也可以产生湍流,只不过它的湍流是由量子涡旋的...
Navier–Stokes方程的200年
正如我们刚才看到的,N-S方程对更复杂的层流没有解,正如前面提到的,它目前的形式不适用于湍流,而湍流是大多数感兴趣的流动的所在。与粘性应力类似,湍流速度波动也产生应力,即所谓的雷诺应力,它是湍流波动施加在平均流动上的平均力(每单位面积)。雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS方程)是常规N-S方程的扩展,适用...
《食品科学》:石河子大学杨旭海副教授等:计算流体力学在果蔬干燥
对于流体流动而言,雷诺数是判别流动状态的标准,在没有体积力的情况下,如果密度和黏度均恒定,雷诺数从小到大分别对应层流、过渡流及湍流。雷诺数计算如式(6)所示:式中:ν为流体流速/(m/s);L为特征长度/m;η为动力黏度/(N·s/m2)。果蔬干燥设备的性能在很大程度上受其内部流体流动形式的影响,这些流体...
伟大的试验,X-21A和它的层流控制技术
然而,要保持层流边界是困难的,因为边界层在飞行雷诺数下在大多数飞机上自然产生是湍流。科学家将流速很小时,流体分层流动,互不混合的情况称为层流,也称为稳流或片流;而逐渐增加流速,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...
湍流:至今没有得到解决的经典物理学的最后一个问题|专访《湍流的...
因此,我们认为湍流产生的本质不是由于高雷诺数下流体的惯性力引起的,而是其他别的原因(www.e993.com)2024年8月5日。经过刻苦的研究和努力,我们发现,流动失稳及湍流转捩是由于流场中机械能的梯度(大小及方向)变化引起的,从而提出了能量梯度理论。根据此理论,流动失稳是由于流线法线方向存在的机械能梯度引起的,而沿流线方向的机械能梯度对流动起...
窦华书教授成功破解了百年湍流难题
窦教授的理论是一个颠覆性的理论,是一个全新的湍流理论体系,是“从0到1”的原始创新工作。窦华书的理论推翻了以前教科书中的若干既有的结论。例如,根据窦华书教授的理论结果,雷诺数增大不是湍流产生的本质原因,而是机械能梯度的变化。湍流的漩涡产生是从流体内部开始,而不是边界上。湍流漩涡是由流体内部的奇点(...
大自然的艺术——湍流
雷诺于1883年首次指出了从层流到湍流的转变,以及雷诺数在这一转变中所起的重要作用。雷诺关注的是沿平直光滑的管道流动。他让流体流过一根细管道,并在一小段水流中注入有色染料。当染料顺着水流向下游流动,可以清楚地看到水流是平稳(层流)的还是无序(湍流)的。通过调整实验中的参数,他发现了确保有序流动的条件。
运动的水流看起来为什么会完全“静止”?
湍流我们通常用雷诺数(Re)来区分流体的流动是层流或湍流,或用来确定物体在流体中流动所受到的阻力。当雷诺数小于2000时,就会出现层流现象。因此,层流比一般湍流摩擦力更小。层流现象在生活中的应用除去水流之外,气体的运动也遵循层流现象。当层流遇上较大的阻碍时,其规律性运动轨迹就会被打破,变成湍流。毛细管或...
一种新的科学观:复杂性带来的真正挑战是什么? | 展卷
因为机翼,或者说流线体设计,它跟雷诺数有关系,它的形状不同,会影响雷诺数的高低。低于这个雷诺数,你的速度可以开到多少。开得快、形状不同,就会影响湍流出现的时机。刻画湍流的工具,迄今为止还只能采用传统的数学语言,这种语言最大的特点,就是还原论,即把流体中任意一点看作一个质点,无差别的质点,然后转向...