層流和湍流

laminar and turbulent flows

?? 流體流動時,如果流體質點的軌跡(一般說隨初始空間坐標[kg1]、、和時間而變)是有規則的光滑曲線（最簡單的情形是直線），這種流動叫層流。沒有這種性質的流動叫湍流。1959年J.欣策曾對湍流下過這樣的定義：湍流是流體的不規則運動，流場中各種量隨時間和空間坐標發生紊亂的變化，然而從統計意義上說，可以得到它們的準確的平均值。

在直徑為的直管中，若流體的平均流速為,由流體運動粘度組成的雷諾數 [73-07]有一個臨界值（大約為2300～2800）,若,層流就不可能存在了,一旦有小擾動,擾動會增長而轉變成湍流O.雷諾在1883年用玻璃管做試驗，區別出發生層流或湍流的條件。把試驗的流體染色，可以看到染上顏色的質點在層流時都走直線。當雷諾數超過臨界值時，可以看到質點有隨機性的混合，在對時間和空間來說都有脈動時，就是湍流。不用統計、概率論的方法引進某種量的平均值就難于描述這一流動。除直管中湍流外還有多種多樣各具特點的湍流，雖經大量實驗和理論研究，但至今對湍流尚未建立起一套統一而完整的理論。

大多數學者認為應該從納維－斯托克斯方程出發研究湍流。湍流對很多重大科技問題極為重要，因此，近幾十年所采取的做法是針對具體一類現象建立適合它特點的具體的力學模型。例如，只適用于附體流的湍流模型；只適用于簡單脫體然后又附體的流動；只適用于翼剖面尾跡的或者只適用于激波和邊界層相互作用的湍流模型等等。湍流這個困難而又基本的問題，近年來日益受到了物理學界的重視。

參考書目

J.O.Hinze，Turbulence, An??Introduction to Its echanism and Theory,McGraw-Hill,New York,1959.

J.P. Eckmann, Roads to Turbulence in Dissipat-ive Dynamical Systems,Review of odern Physics, Vol. 53, No.4, pp. 643～654, 1981.