水管中細水流為什麼看似靜止不動

時間 2021-10-22 15:07:20

1樓:魔力科學小實驗

紮個小洞後的水氣球瞬間噴出了水柱,在靠近氣球表面一端的水柱如同靜止一般,只有在靠近末端的水流才可見明顯的流動。

為什麼會出現這種神奇的現象呢?原來,這是液體的層流現象。液體質點做有條不紊的運動、互不混合的流動形態稱之為層流。

層流是流體的一種流動狀態,多見於流速較小時。靠近氣球表面的水柱流速較小,流體沿著水流的平行方向做平滑直線運動,故水柱出現層流狀態,一眼看過去給人一種水柱靜止的假象。

層流是流體分子間彼此平行的分層流動,互不干擾與混雜,流體分子以非常精確的方式按照前乙個分子的軌跡運動。

紊流是各流體分子間相互混合摻雜,不僅有沿著主流方向的運動,還有垂直於主流方向的運動。

當流體的流速很小時,流體分層流動,各流體分子呈你追我趕之勢,此時為層流;當流速逐漸增大時,流體的流線出現波浪式的擺動,擺動頻率及振幅隨著流速增加而增加,此時稱為過渡流;當流速增加到很大時,流線不再清晰可辨,流場中出現很多小漩渦,此時的流動狀態稱為紊流,也稱湍流。

2樓:

一般這種情況要考慮邊界條件的非對稱性,對流動有攜強誘導力的存在。可以從形態上猜測一下,可能和旋轉機械直連了/有導流段,數學邊界上渦量不為零/其他……

層流的邊界速度為零是數學假設的不完備表現/統計特徵,現實中邊界層會積累小的渦結構到匯聚成大結構而最終失穩。當然失穩只是一種可能的結果,達到泊肅葉解穩定狀態也是可能的,後者通常伴隨著高粘性大耗散。

3樓:Luyao Zou

給 @許小然 的回答做個補充:

層流有乙個反直覺的性質,就是管壁處的流體流速為 0。層流靠的是流體之間的粘滯力,一層一層地相互拖拽而往前流動的。

所以從這個意義上來講,你仔細看水流和管壁接觸的部分,它確實就是靜止的。如果恰好沾有灰塵,灰塵應該會停滯不前。

層流流速示意圖。管壁處流速為 0

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