阐述层流与紊流的物理现象及其判别方法。

层流与紊流是流体运动的两种基本状态，其核心区别在于流体质点的运动规律：

• 层流：质点运动轨迹有条不紊，无横向脉动，流束层次分明。
• 紊流：质点存在随机脉动，导致流层间质点混合交换，流动状态紊乱。

判别方法的关键是雷诺数（Re）：当流体的雷诺数小于临界值时为层流，大于临界值时为紊流。雷诺数综合反映了流体的惯性力与粘性力之比。

层流的物理现象

• 质点运动有序：流体质点沿平行轨迹流动，无横向位置交换。
• 流束清晰：液体形成分层结构，不同层之间无混合。
• 稳定流动：流动状态不易受外界干扰影响。

紊流的物理现象

• 质点脉动显著：流体质点除主流方向运动外，还存在随机脉动。
• 流层混合剧烈：相邻流层的质点发生频繁交换，导致流束结构破坏。
• 流动阻力增大：紊流产生的漩涡和混合效应使流动阻力明显增加。

雷诺数判别方法

雷诺数定义

$\text{Re} = \frac{\rho v d}{\mu}$
其中：

• $\rho$：流体密度
• $v$：流速
• $d$：特征长度（如管径）
• $\mu$：动力粘度

判别准则

• 层流：$\text{Re} < \text{Re}_{\text{临界}}$（如圆管流动中 $\text{Re}_{\text{临界}} \approx 2000$）
• 紊流：$\text{Re} > \text{Re}_{\text{临界}}$