21.3
层流是指流体粒子平滑、有序的运动,其中每个粒子沿平行路径流动,各层之间混合极少。
流动的性质(层流、过渡流或湍流)由一个称为雷诺数的唯一量决定,该数取决于流体密度、流速、管道直径和黏度等因素。
如果雷诺数低于2,100,流动保持层流状态。然而,当雷诺数超过4,000时,流动则变为完全湍流。
层流通常发生在流速较低、黏度较高或管道直径较小的情况下,此时黏性力占主导地位。
流体进入管道后,在一段特定长度内会形成抛物线形的速度分布,该长度称为入口段长度,其大小与雷诺数唯一相关,具体关系取决于流动类型。
一旦充分发展,该轮廓将保持恒定,除非受到管道几何形状变化的干扰。
层流可使能量损失最小化,因为压降由黏性力主导,遵循哈根-泊肃叶方程。
层流对于废水处理厂、灌溉渠道设计以及水力发电等应用至关重要。
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