科技名词

紊流

turbulent flow

又称：湍流

定义：速度、压强等流动要素随时间和空间作随机变化，质点轨迹曲折杂乱、互相混掺的流体运动。

学科：水利科学技术

相关名词：流体 层流 雷诺数 水力学

【延伸阅读】

相对层流而言，紊流是流体的复杂流动状态；用雷诺数Re判定，一般当Re>4000时为紊流。

它的主要特征：

1.流体质点运动极不规则，流场中各种参数值具有脉动现象。

2.由于脉动的急剧混掺，流体动量、能量、温度以及含有物浓度的扩散速率比层流大。

3.它是有涡流动，具有三维特征。

紊流被认为是“经典物理学中最后一个未解决的重大问题”。1883年，英国物理学家奥斯鲍恩·雷诺发表观测层流及紊流流态的论文，1894年推导出雷诺方程式。20世纪40至50年代，中国物理学家周培源对于均匀各向同性紊流提出了旋涡结构理论。进入21世纪，紊流实验研究呈现两大趋势：一是技术融合，即传统流体实验技术与人工智能、机器人自动化深度结合；二是数据驱动，即实验从“数据采集”迈向“智能增强与模式发现”。

随着人工智能技术和测量技术的快速发展，紊流研究重点已从理想均匀流转向复杂环境的真实流。随着研究的不断深入，发现紊流并非简单的随机流动，其内在结构和规律是可以被认知，并能够用来解决工程难题的。现在紊流研究成果正广泛应用于微观的血液流动、宏观的大气环流和海洋环流研究，用来预测飞行器的阻力和升力、汽车的空气动力特性、化工反应器内的混合效率等领域，用来对水力机械结构进行优化等。

自然界和水利工程中的水流态最常见的是紊流状态，紊流研究不仅是水力学的基础科学问题，在解决实际水利水电工程难题时也能起到决定性作用。通过科学研究掌握水流运动的内在规律，可以实现对水的高效、安全、可控利用与管理，并减轻可能产生的危害。它是保障水工建筑物安全、优化工程设计、预测河床演变、管理水环境、维护生态健康等方面的技术基石。没有对紊流的深入研究，现代水利水电工程科学难以达到当前高度，三峡工程等大型工程的设计与安全运行将缺少关键理论支撑，小浪底的冲沙等工程也难以成功。

（延伸阅读作者：湖北省水利水电规划勘测设计院高级工程师 宾洪祥）