1.2.4 层流和湍流

流体的流动状态通常可以分为层流和湍流两种类型。同一个系统中，由于流体流速的不同，会出现层流或湍流。层流状态转变为湍流状态称为转捩。可以用平板上的流体流动来说明，如图1-3所示，高速流体在平板上接触到平板前部，会形成一个层流区域，再经过一个过渡区以后，流动开始转变为湍流，并最终完全转变为湍流。

1.层流

层流表现为流体质点无横向运动，互不混杂、层次分明地流动。流体质点的轨迹表现为规则的光滑曲线。典型的低速圆柱绕流的层流流动如图1-4所示。

2.湍流

湍流表现为流体流动不再层次分明，可能向各个方向流动，同时可能出现漩涡。湍流中流体微团做无规则的、复杂的非稳态运动。在工程中，湍流的出现意味着系统可能出现更多的能量消耗和更大的噪声。

3.雷诺数

雷诺数是惯性力与黏性力的比值度量，可以用来判断系统中流体的流动状态是层流还是湍流或过渡流。用来判断流动状态的临界雷诺数在不同流体系统中会有不同的数值。对于管内流动，当雷诺数Re在2300左右时，流动通常转变为湍流状态。

总而言之，在低雷诺数下，流动表现为层流，流动中黏性力占主导；在高雷诺数下，流动表现为湍流，流动中惯性力占主导。流体由层流向湍流过渡的雷诺数，称为临界雷诺数。其中流体由层流向湍流转变的雷诺数为上临界雷诺数，反之为下临界雷诺数。试验表明上临界雷诺数会随着试验条件在一定范围内变化，下临界雷诺数则相当稳定。所以通常用下临界雷诺数作为判别流态的依据。雷诺数的计算公式为

式中，ρ是流体密度；v是流体流动速度；L是流体系统特征长度（如方管边长、管道内径等）；μ是流体动力黏度。