过渡流

流体的流动状态

过渡流是流体的一种流动状态。在液体流动状态中，过渡流介于层流和湍流之间。

简介

过渡流是流体的一种流动状态。

在液体流动中：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浪状的摆动，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、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。一般管道雷诺数Re>4000为湍流状态，Re=2100～4000为过渡状态。

过渡流的相关研究

研究飞行器绕流的空气动力学

在研究飞行器绕流的空气动力学特征时，一般把气体稀薄程度按照Kn（Knudsen，克努森数，即气体分子平均自由程与流动特征长度比值）数值范围，将航天器经历的绕流问题大致分为：连续流区（Kn<10）、过渡流区（1010）。

其中，以过渡流区的气动问题最为复杂，这一流动区域又可细分为近连续流、滑移流和稀薄过渡流。各个流动领域气体热力学性质及绕流状态互不相同，在Kn数趋于零的连续流区，气体分子间碰撞频率相当高，气体流动完全遵循连续介质模型理论；而对于Kn数很大的稀薄气体自由分子流区，气体分子相当稀少，分子间碰撞频率很低，气体流动只能由无碰撞或近于无碰撞的自由分子流理论控制；位于连续流与自由分子流之间的过渡区流动无论在试验技术还是数值计算方面均是难于处理的一种流动。

过渡流下后向台阶壁面传热的时均特性研究

为研究过渡流范围后向台阶底面的传热特性，建立二维非稳态后向台阶流动的数值模型，数值模拟台阶下游底面的时均努塞尔数随Re数增大的发展变化情况，并结合流场中流动结构的发展变化规律对努塞尔数分布特性进行分析。结果表明，随Re数增大，台阶下游流场中间区域产生旋转方向相反的旋涡对，主回流区下游底面和内部底面先后出现附壁旋涡；努塞尔数沿着流动方向出现主峰和次峰，主回流区下游底面的附壁旋涡促进主峰下游的努塞尔数快速增大，而主回流区内产生的附壁旋涡促进了主峰上游的努塞尔数快速增大；主峰值、次峰值随着Re数增大而增大；两峰位置随着Re数增大先相向移动，然后同向移动。总之，在过渡流区域，提高Re数能够提高底面的努塞尔数，增强底面换热效果，当 Re 数大于 900 时，主回流区内换热效果明显增强。

阀控液压管路瞬变过渡流数值分析

对于以流体作用为主要控制介质的机械结构，流体振荡冲击对控制元件自身稳定性的影响始终是值得深入研究的问题。特别是针对航空航天领域，火箭喷嘴等姿态调整设备在非稳态条件下，越来越倾向于将部件性能利用至极限。控制元件的快速开关，不可避免地在管路形成油击，并在管系中传播、反射，产生持续的流动振荡，造成液压系统密封失效，推进剂泄漏，甚至使伺服阀结构遭到破坏，功能受损，使系统失稳等。

因此，研究液压管路油击空间分布及压力瞬变规律等动态特性及其影响因素，建立流体及管路系统方程，对改善系统管路设计，抑制和消除油击对管路系统的危害，提高火箭运行可靠性具有十分重要的意义。

瞬变过渡流作为一种流体冲击，国内外对此已展开研究，科学家Allievi以输水管路为研究对象，最早提出著名的阿列维方程，奠定了流体冲击分析的数学基础。

有学者针对伺服阀控液压管路系统内部流体振荡问题，考虑了瞬变过渡流的实际运动过程，分析了动态过程中油液压缩性对油液动量的改变，建立了阀控液压管路系统动态数学模型。采用一维流体瞬变理论，利用特征线法及有限差分格式，对液压系统管路关机油击的瞬变流动进行数值分析，给出了特征线数学模型的计算方法，并通过实验进行了验证。

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