1.2.4 層流和湍流

流體的流動狀態通常可以分為層流和湍流兩種類型。同一個系統中，由于流體流速的不同，會出現層流或湍流。層流狀態轉變為湍流狀態稱為轉捩。可以用平板上的流體流動來說明，如圖1-3所示，高速流體在平板上接觸到平板前部，會形成一個層流區域，再經過一個過渡區以后，流動開始轉變為湍流，并最終完全轉變為湍流。

1.層流

層流表現為流體質點無橫向運動，互不混雜、層次分明地流動。流體質點的軌跡表現為規則的光滑曲線。典型的低速圓柱繞流的層流流動如圖1-4所示。

2.湍流

湍流表現為流體流動不再層次分明，可能向各個方向流動，同時可能出現漩渦。湍流中流體微團做無規則的、復雜的非穩態運動。在工程中，湍流的出現意味著系統可能出現更多的能量消耗和更大的噪聲。

3.雷諾數

雷諾數是慣性力與黏性力的比值度量，可以用來判斷系統中流體的流動狀態是層流還是湍流或過渡流。用來判斷流動狀態的臨界雷諾數在不同流體系統中會有不同的數值。對于管內流動，當雷諾數Re在2300左右時，流動通常轉變為湍流狀態。

總而言之，在低雷諾數下，流動表現為層流，流動中黏性力占主導；在高雷諾數下，流動表現為湍流，流動中慣性力占主導。流體由層流向湍流過渡的雷諾數，稱為臨界雷諾數。其中流體由層流向湍流轉變的雷諾數為上臨界雷諾數，反之為下臨界雷諾數。試驗表明上臨界雷諾數會隨著試驗條件在一定范圍內變化，下臨界雷諾數則相當穩定。所以通常用下臨界雷諾數作為判別流態的依據。雷諾數的計算公式為

式中，ρ是流體密度；v是流體流動速度；L是流體系統特征長度（如方管邊長、管道內徑等）；μ是流體動力黏度。