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層流

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流線型與模擬的層流

層流(英語:Laminar flow),為流體的一種流動狀態。當流速很小時,流體分層流動,互不混合或很少部分混合稱為層流,或稱為片流[1];逐漸增加流速,流體的流線開始出現波浪狀的擺動,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,稱為湍流,又稱為亂流、擾流或紊流。

這種變化可以用雷諾數來量化,公式為 其中,DH 是管道的水力直徑 (m),Q體積流率 (m3/s);A 是管道的橫截面積 (m2);u 是流體的平均速度 (m/s);μ 是流體的動力粘度 (Pa·s = N·s/m2 = kg/(m·s));ν 是流體的運動粘度ν = μ/ρ (m2/s);ρ 是流體的 密度 (kg/m3)。

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、不規則的湍流流場。

流態轉變時的雷諾數值稱為臨界雷諾數。一般管道雷諾數Re<2100為層流狀態,Re>4000為湍流狀態,2100<Re<4000時為過渡狀態

參見

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參考文獻

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  1. ^ Streeter, V.L. (1951-1966) Fluid Mechanics, Section 3.3 (4th edition). McGraw-Hill