laminar flow

定义：流体的速度、压力等物理参数随时间和空间的变化都很平滑地流动。

学科：机械工程_传动_液压传动_流动和流量

相关名词：流体力学 湍流 雷诺数 惯性力

2024年11月12日，广东珠海，第十五届中国航展，歼-35A开加力出现“马赫环”。图片来源：视觉中国

【延伸阅读】

层流是流体力学中的一个概念，指的是流体以规则的路径平滑地流动。与湍流（Turbulent flow）相反，在层流中，流体中每一点的速度、压力和其他流动特性保持不变。层流是流体的一种流动状态，流体在管内低速流动时呈现为层流，其质点沿着与管轴平行的方向作平滑直线运动。流体的流速在管中心处最大，其近壁处最小。层流通常出现在雷诺数（Reynolds number，Re）较低的情况下，雷诺数是一个无量纲数，用于表征流体流动状态，是流体流动中惯性力与黏性力比值的无量纲形式。当Re超过某一临界雷诺数（Critical Reynolds number，Recr）时，层流因受扰动开始向湍流过渡。

层流的特性，以其平滑、有序的流动和较低的流体阻力，在不同领域有着广泛的应用，这些应用包括但不限于：

1.在飞机设计中，层流翼型可以减少飞行时的阻力，提高飞行效率。层流翼型通过特定的形状设计，使得气流在机翼表面保持层流状态，减少湍流的产生，从而降低阻力。

2.在热交换器设计中，层流可以提高热交换效率。通过控制流体流动为层流状态，可以减少流体之间的混合，使得热量传递更加均匀和高效。

3.在微流体学领域，层流是常见的流动状态，因为微尺度下的流体流动雷诺数通常较低，层流在微流体器件中有助于精确控制流体的混合和反应。

层流的数值分析常用工具主要包括但不限于以下几种：

1.ANSYS Fluent，一款综合性的计算流体动力学（CFD）仿真工具，Fluent提供了先进的求解器算法，并通过Nvidia GPU加速，提高了计算效率。

2.OpenFOAM，一个开源的多物理场建模平台，可用于流体流动、燃烧、电磁场等数值模拟。

3.COMSOL Multiphysics，提供层流接口，用于计算单相流体流动在层流状态下的速度场和压力场。只要雷诺数低于一定的临界值，流动就将保持层流状态。

层流因其有序的流动特性，在许多工程和科学领域都有广泛的应用，通过精确控制流体流动状态，可以提高效率、减少能耗，并优化产品性能。

（延伸阅读作者：海南大学 史留勇教授）

责任编辑：张鹏辉