流速精算秘籍：层流泊肃叶定律的CFD应用

关键要点

• 层流是无限小的平行层流动而不描述相邻层的流动状态。
• 在层流中，速度分布在流动的横截面上呈抛物线形状。
• 泊肃叶层流定律指出，流速与管道两端之间的压差与其半径的四次方成正比。

蚂蚁释放的信息素呈层流状态，使蚂蚁形成行军队伍

你有没有想过为什么蚂蚁总是排成一行？蚂蚁释放一种叫做信息素的化学物质。后继的蚂蚁闻到这些信息素的香味，并沿着前辈走过的路走。蚂蚁释放的信息素呈层流状态，导致蚂蚁形成行军队伍。

从信息素的释放到大型流体系统，层流状态会产生图案化的流动特性。有几种流体运动具有层流的应用。在处理流线型流体流动系统时，了解泊肃叶层流定律至关重要，因为它控制着流速。

流体流动机制

流体的流态对于任何流体系统的设计都很重要。需要考虑与流量相关的各种因素，以维持系统中的某些流量特性。例如，流体摩擦是要考虑的关键参数，用于确定维持特定流动模式所需的能量。

流体流动状态可大致分为两种类型：湍流和层流。

1. 湍流 湍流 处理流体粒子的不规则运动。没有与湍流相关的明确频率。湍流缺乏明确的层次和可观察的模式。
2. 层流 层流的特征在于在顺序和模式方面与湍流相反的特征。本文中感兴趣的流体流态是层流。

层流

层流是无限小的平行层流动而不描述相邻层的流动状态。各层之间没有混合，它们以不同的速度一层层流过另一层。在层流中，流体粒子以流线形式流动，这可以定义为以可观察的路径和确定的模式流动。

让我们看一下一些层流流体流动参数。

粘度

在层流中，粘性是重要的部分，流动也称为粘性流。在水的情况下，它是一种无粘性流体，除了在边界层外，对粘度没有太大影响。但是，还有其他流体的粘度会影响层流状态；例如，润滑油。

流速

在层流中，速度分布在流动的横截面上呈抛物线形状。层流的最大速度大约等于管道流中平均速度的两倍。

平均流量

流体流动中的平均速度测量值表示该点管道中包含的整个流体的速度。在层流中，由于速度分布是抛物线的，平均速度是通过积分计算得到的。

雷诺数

雷诺数是给出粘性与作用在流体中的非线性初始力之比的度量。雷诺数是用来区分层流和湍流的参数。当雷诺数小于 2300 时，流体流动为层流。

使用层流的泊肃叶定律确定流速

当通过管道的流体流动状态为层流时，流体的体积速率或流速取决于诸如压力差和粘度提供的阻力等因素。粘性阻力受管道长度、粘性性质和管道横截面半径的四次方的影响。

泊肃叶层流定律指出，流量与管道两端之间的压差及其半径 r 的四次方成正比。该定律通常被称为 Hagen-Poiseuille 方程或流体动力学定律。流量 Q 可由以下等式给出：

ΔP为压力差，l为管道长度μ，为动力粘度，r为管道半径。

要研究通过管道和其他流体系统的层流，可以使用 Cadence 的Omnis CFD 平台。Omnis 平台中的工作流程有助于设计复杂的流体流动系统。订阅我们的时事通讯以获取最新的 CFD 更新或浏览 Cadence 的CFD 软件套件，包括Fidelity和Fidelity Pointwise，以了解有关 Cadence 如何为您提供解决方案的更多信息。

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