管流
外觀
管流是水力學及流體力學的分支,是指液體在管道的流動,且液體不存在自由表面,也稱為內流[1]。存在自由表面的類似流動稱為明渠流。管流和明渠流有許多類似之處,但兩者的差異主要是在是否有自由表面。管流沒有自由表面,因此不會直接受到大氣壓力的影響,但是會受到管子內水壓的影響。
不是所有在封閉管道內的液體流都屬於管流,例如雨水排水道就是在封閉管道內,但多半存在自由表面,因此仍屬於明渠流。唯一的例外是雨水排水道全滿時,不存在自由表面,此時即可視為管流。
管流裡的能量常會表示為揚程,由伯努利定律所定義。為了在探討管流的過程中可以將揚程概念化,管流的圖中常會有水力坡線(hydraulic grade line,HGL)。管流會受到摩擦損失的影響,而摩擦損失是由達西–威斯巴哈方程式所定義。
層流-紊流轉態
[編輯]管流的行為主要會受到黏度以及重力以及流體本身的慣性力所影響。黏度相對於慣性的影響乭以用雷諾數表示。依雷諾數的不同,管流可分為層流或紊流。在不同粗糙度的圓截面管內,若雷諾數低於大約2000的臨界值[2],管流最終會是層流,超過臨界值時就會有紊流出現,如穆迪圖中所說明的一樣6若是截面非圓形的管,臨界雷諾數會依截面的長寬比而變化,但仍會[3]。在一些特殊幾何截面的管子(例如特斯拉閥)內,可能在比臨界雷諾數還小一個數量級()時,就提早變成紊流[4]。
管流可以大致分為:
相關條目
[編輯]參考資料
[編輯]- ^ Çengel, Yunus A.; Cimbala, John M. Fluid mechanics: fundamentals and applications. McGraw-Hill series in mechanical engineering. Boston, Mass.: McGraw-Hill Higher Education. 2006: 321. ISBN 978-0-07-247236-3.
- ^ Avila, K.; D. Moxey; A. de Lozar; M. Avila; D. Barkley; B. Hof. The Onset of Turbulence in Pipe Flow. Science. July 2011, 333 (6039): 192–196 [2024-10-14]. Bibcode:2011Sci...333..192A. PMID 21737736. S2CID 22560587. doi:10.1126/science.1203223. (原始內容存檔於2022-10-17).
- ^ Hanks, Richard W.; H-C. Ruo. Laminar-turbulent transition in ducts of rectangular cross section. Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals. 1966, 5 (4): 558–561. doi:10.1021/i160020a022.
- ^ Nguyen, Quynh M.; Abouezzi, Joanna; Ristroph, Leif. Early turbulence and pulsatile flows enhance diodicity of Tesla's macrofluidic valve. Nature Communications. 17 May 2021, 12 (12): 2884. Bibcode:2021NatCo..12.2884N. PMC 8128925 . PMID 34001882. arXiv:2103.17222 . doi:10.1038/s41467-021-23009-y .