湍流：修订间差异
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2017年6月4日 (日) 06:30的版本
未解決的物理學問題：能否建構一個理論模型來描述亂流的行為，特別是它的內部結構？
湍流（英語：turbulence），也稱為紊流（中國地区的旧称），是流体的一种流动状态。当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流，或称为片流；逐渐增加流速，流体的流线开始出现波波状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流；当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，称为湍流，又称为乱流（日本及港澳台用字）、扰流或紊流。
这种变化可以用雷诺数来量化。雷诺数较小时，黏滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺数较大时，惯性力对流场的影响大于黏滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的湍流流场。
流态转变时的雷诺数值称为临界雷诺数。临界雷诺数与流场的参考尺寸有密切关系。一般管道流雷诺数Re＜2100为层流状态，Re＞4000为湍流状态，Re＝2100～4000为过渡状态。
在管路设计中，湍流比层流需要更高的泵输出功率。而在热交换器或者反应器设计中，湍流反而有利于热传递或者充分混合.
有效地描述湍流的性质，至今仍然是物理学中的一个重大难题。
大气流动产生的湍流
大气湍流按成因分为“风暴湍流”和“晴空湍流”。前者由空气受热产生的强上升气流所致，因常发于风暴等上升气流旺盛的天气而得名。后者则是由于空气流动时不同气团交汇而成。风暴可由气象雷达预警，而“晴空湍流”由于缺乏征兆而较易发生意外。[1]
有关湍流的举例
- 香烟产生的烟。在最初的几厘米，烟的流场是层流，随着热空气的向上加速，烟就开始变得不稳定形成了湍流。与此类似，空气中污染的扩散就是由湍流主宰的。
- F1赛车高速转弯时，前车尾部造成的湍流使后车前定风翼下压力损失约30%。如果距离前车太近，会造成转向不足。
- 环绕高尔夫球的流动。（更好的理解是根据相对运动原理，假设高尔夫球不动，气体绕其流动。）表面粗糙的高尔夫球，流动的边界层分离点要比光滑表面的高尔夫球边界层分离点靠后。
- 乘坐飞机時常常会听到乘务员提示您飞机遇到湍流，请繫好安全带。有时湍流（特别是晴空湍流）可能会导致飞机上的人员受伤，[1][2][3]但少部分心理质素不佳的空姐大惊小怪时，[4]请不用惊慌，大部分情况下飞行员都能很好对付在湍流中飞行的情况，并且记得繫好安全带。
參見
- 流體
- 層流
- 過渡流
- 聯合航空826號班機事故：一起晴空湍流引起的航空事故
- 墨西哥城空難：2008年11月4日，Learjet 45型號飛機墜毀在拉斯洛馬斯住宅與商業區，造成機上9人包括時任墨西哥內政部長胡安·卡米洛·莫里尼奥以及地面7人死亡。墜毀時剛好處於拉斯維加斯馬洛斯的交通高峰期，墜毀原因是因為資歷不足的飛行員將飛機過於接近一架波音767客機的尾流顛簸而失去控制。
参考
- ^ 1.0 1.1 湍流会让飞机失事吗？，《Slate》杂志，译言网，鬼马老精灵翻译，2012-06-16。（简体中文）
- ^ 美国一客机遇湍流 乘务员和推车被抛向空中，凤凰网财经，2009年。（简体中文）
- ^ 飞机的“隐形杀手”——晴空湍流，湖北安全生产信息网，2010-7-14。（简体中文）
- ^ 飛機突遇湍流 空姐竟帶頭尖叫"墜機"，人民网国际，2006年。（繁體中文）
