laminar flow

定義：流體的速度、壓力等物理參數(shù)隨時間和空間的變化都很平滑地流動。

學(xué)科：機(jī)械工程_傳動_液壓傳動_流動和流量

相關(guān)名詞：流體力學(xué) 湍流 雷諾數(shù) 慣性力

2024年11月12日，廣東珠海，第十五屆中國航展，殲-35A開加力出現(xiàn)“馬赫環(huán)”。圖片來源：視覺中國

【延伸閱讀】

層流是流體力學(xué)中的一個概念，指的是流體以規(guī)則的路徑平滑地流動。與湍流（Turbulent flow）相反，在層流中，流體中每一點(diǎn)的速度、壓力和其他流動特性保持不變。層流是流體的一種流動狀態(tài)，流體在管內(nèi)低速流動時呈現(xiàn)為層流，其質(zhì)點(diǎn)沿著與管軸平行的方向作平滑直線運(yùn)動。流體的流速在管中心處最大，其近壁處最小。層流通常出現(xiàn)在雷諾數(shù)（Reynolds number，Re）較低的情況下，雷諾數(shù)是一個無量綱數(shù)，用于表征流體流動狀態(tài)，是流體流動中慣性力與黏性力比值的無量綱形式。當(dāng)Re超過某一臨界雷諾數(shù)（Critical Reynolds number，Recr）時，層流因受擾動開始向湍流過渡。

層流的特性，以其平滑、有序的流動和較低的流體阻力，在不同領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，這些應(yīng)用包括但不限于：

1.在飛機(jī)設(shè)計(jì)中，層流翼型可以減少飛行時的阻力，提高飛行效率。層流翼型通過特定的形狀設(shè)計(jì)，使得氣流在機(jī)翼表面保持層流狀態(tài)，減少湍流的產(chǎn)生，從而降低阻力。

2.在熱交換器設(shè)計(jì)中，層流可以提高熱交換效率。通過控制流體流動為層流狀態(tài)，可以減少流體之間的混合，使得熱量傳遞更加均勻和高效。

3.在微流體學(xué)領(lǐng)域，層流是常見的流動狀態(tài)，因?yàn)槲⒊叨认碌牧黧w流動雷諾數(shù)通常較低，層流在微流體器件中有助于精確控制流體的混合和反應(yīng)。

層流的數(shù)值分析常用工具主要包括但不限于以下幾種：

1.ANSYS Fluent，一款綜合性的計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）仿真工具，F(xiàn)luent提供了先進(jìn)的求解器算法，并通過Nvidia GPU加速，提高了計(jì)算效率。

2.OpenFOAM，一個開源的多物理場建模平臺，可用于流體流動、燃燒、電磁場等數(shù)值模擬。

3.COMSOL Multiphysics，提供層流接口，用于計(jì)算單相流體流動在層流狀態(tài)下的速度場和壓力場。只要雷諾數(shù)低于一定的臨界值，流動就將保持層流狀態(tài)。

層流因其有序的流動特性，在許多工程和科學(xué)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，通過精確控制流體流動狀態(tài)，可以提高效率、減少能耗，并優(yōu)化產(chǎn)品性能。

（延伸閱讀作者：海南大學(xué) 史留勇教授）

責(zé)任編輯：張鵬輝