圆管湍(紊)流
出处：按学科分类—工业技术 北京理工大学出版社《新编液压工程手册上册》第11页（1617字）
图1．2－1所示为流体作准定常湍流运动时，任一点处所测得的真实点速u随时间变化的情况。这种流动参数(如u)随时间不规则变化，称为脉动。虽然u连续地随时间变化，但这种变化始终围绕某一平均值上下跳动。因此工程中常采一种时均化方法，它将湍流真实点速u表示为时均点速与脉动速度u′之和，即
图1．2－1 湍流中某点处的速度脉动
真实点速对时间的平均值，称为时均点速
式中 ——时均点速，；
u——真实点速，u=f(x，y，z，t)；
T——确定时均值所取的时间。
其它参数也都采用这种时均化处理法，工程上所论述的湍流都是这种均化的湍流。
(1)圆管湍流结构
圆管中的湍流可分为三层，见图1．2－2。
图1．2－2 圆管湍流结构
A．粘性底层
在紧靠管内壁处，流体微团的不规则和横向运动均受到壁的限制，流动主要受粘性支配呈现层流流动，故这一极薄层称为粘性底层。其厚度为
式中 d——圆管内径；
Re——雷诺数，；
λ——圆管的沿程阻力系数，见表1．3－1。
B．湍流核心区
圆管中心区，流体微团的无序脉动和动量交换都得到充分地发展，这个区称为湍流核心区。
C．过渡区
在粘性底层与湍流核心区之间有一个界限不很分明的过渡区，此区的流态仍为湍流。
(2)流速分布
由于湍流的流动规律极其复杂，至今仍无一个完整的理论公式来表达湍流的流速分布。现介绍一个适用于光滑管湍流(详见1．3．1)的指数公式
式中 u——时均点速(以后全按时均化的流来讨论分析，不再标出时均参数的一标符号“－”)
umax——管中心轴上的最大时均点速；
y——管中任一点距管壁的垂直距离；
R——管道的内半径；
n——与雷诺数有关的指数，可查表1．2－3，亦可用下式计算－1
表1．2－3 光滑管湍流的指数公式的指数
由于湍流有充分动量交换，故流速分布较层流均匀，如图1．2－3所示。
图1．2－3 湍流与层流的速度分布
(3)切应力
湍流时的切应力，除粘性切应力外，更主要的是由流体微团间掺混而产生的动量交换所引起的湍动切应力(雷诺应力)，致使其能量损失比层流的要大。