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亂流

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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? Question mark2.svg
當層流遇到障礙物時轉變為亂流

亂流英語turbulence),也稱為紊流(中國地區的舊稱),是流體的一種流動狀態。當流速很小時,流體分層流動,互不混合,稱為層流,或稱為片流;逐漸增加流速,流體的流線開始出現波波狀的擺動,擺動的頻率及振幅隨流速的增加而增加,此種流況稱為過渡流;當流速增加到很大時,流線不再清楚可辨,流場中有許多小漩渦,稱為亂流,又稱為湍流、擾流或紊流。

這種變化可以用雷諾數來量化。雷諾數較小時,黏滯力對流場的影響大於慣性力,流場中流速的擾動會因黏滯力而衰減,流體流動穩定,為層流;反之,若雷諾數較大時,慣性力對流場的影響大於黏滯力,流體流動較不穩定,流速的微小變化容易發展、增強,形成紊亂、不規則的亂流流場。

流態轉變時的雷諾數值稱為臨界雷諾數。臨界雷諾數與流場的參考尺寸有密切關係。一般管道流雷諾數Re<2100為層流狀態,Re>4000為亂流狀態,Re=2100~4000為過渡狀態。

在管路設計中,亂流比層流需要更高的泵輸出功率。而在熱交換器或者反應器設計中,亂流反而有利於熱傳遞或者充分混合.

有效地描述亂流的性質,至今仍然是物理學中的一個重大難題。

潛水艇船體上方的層流和亂流

大氣流動產生的亂流[編輯]

大氣亂流按成因分為「風暴亂流」和「晴空亂流」。前者由空氣受熱產生的強上升氣流所致,因常發於風暴等上升氣流旺盛的天氣而得名。後者則是由於空氣流動時不同氣團交匯而成。風暴可由氣象雷達預警,而「晴空亂流」由於缺乏徵兆而較易發生意外。[1]

有關亂流的舉例[編輯]

  • 香煙產生的煙。在最初的幾厘米,煙的流場是層流,隨著熱空氣的向上加速,煙就開始變得不穩定形成了亂流。與此類似,空氣中污染的擴散就是由亂流主宰的。
  • F1賽車高速轉彎時,前車尾部造成的亂流使後車前定風翼下壓力損失約30%。如果距離前車太近,會造成轉向不足。
  • 環繞高爾夫球的流動。(更好的理解是根據相對運動原理,假設高爾夫球不動,氣體繞其流動。)表面粗糙的高爾夫球,流動的邊界層分離點要比光滑表面的高爾夫球邊界層分離點靠後。
  • 乘坐飛機常常會聽到乘務員甜美的聲音提示您飛機遇到亂流,請繫好安全帶。有時亂流(特別是晴空亂流)可能會導致飛機上的人員受傷,[1][2][3]但少部分心理質素不佳的空姐大驚小怪時,[4]請不用驚慌,大部分情況下飛行員都能很好對付在亂流中飛行的情況,並且記得繫好安全帶。

參見[編輯]

一架飛機機翼頂端產生的渦旋中的亂流

參考[編輯]

  1. ^ 1.0 1.1 亂流會讓飛機失事嗎?,《Slate》雜誌,譯言網,鬼馬老精靈翻譯,2012-06-16。(簡體中文)
  2. ^ 美國一客機遇亂流 乘務員和推車被拋向空中,鳳凰網財經,2009年。(簡體中文)
  3. ^ 飛機的「隱形殺手」——晴空亂流,湖北安全生產信息網,2010-7-14。(簡體中文)
  4. ^ 飛機突遇亂流 空姐竟帶頭尖叫"墜機",人民網國際,2006年。(繁體中文)