流体力学就在身边，看看你的水龙头。
文/FFjet
流体的流动有层流和湍流两种状态。
规则的、可预测的运动的流体流动称为层流。
另一方面，具有不规则和不可预测运动的流体称为湍流。
考虑从水龙头里流出的水，说明这两种状态。
水龙头只稍微打开时，水非常弯曲，以可预测的流向正下方。 如下图的( a )所示。
流速越大，水流越急，如图( b )所示产生了波浪。
1883年，一位名叫奥斯本雷诺( 1842-1912 )的英国科学家从一系列被称为雷诺实验的实验中，将流动分为层流或湍流。
在实验中，在水流动的管道中加入墨水，使流动可视化。
结果发现，如下图( a )所示，当水的速度较低时，墨水会以连续的直线向下游移动。
在这种情况下，流动是层流。
但是，如果水的速度很快，墨水最初会变成直线，但很快就会开始振动，迅速分散到整个管道中。 这个流程是湍流。
水管中的流体呈层流和湍流时的情况
在实验中，雷诺发现了可用于将流动分为层流或湍流的无量纲数。
这个数叫做雷诺数。
雷诺数是雷诺数Re=流体密度*流体速度*特征性长度/流体粘度系数，如果写公式
雷诺兹数这样定义看起来很奇怪。
但是，我们只要稍微变换一下这个公式，就能找到其中的奥妙。
公式中，分子表示流体流动的惯性力，分母表示流体流动公式所受的粘滞力，雷诺数其实是流体惯性力与流体粘滞力的比值。
其中，惯性力表示流体在运动过程中具有的向左向右碰撞的倾向，粘性力表示流体自身因粘性而死亡、约束自己、温顺地流动的倾向。
因此，雷诺数本身是测量流体流动时“笔直碰撞”的倾向和“笔直流动”的倾向之间的关系。 前者越占优势，雷诺数就越大，流体就越随意流动。 后者越占优势，雷诺数越小，流体的流动就越自然温顺。
如果两种流体的几何形状相似，雷诺数相同，则意味着惯性力和粘滞力的比值相同。
因此，两个流程的动作基本相同。
这个定律被称为雷诺相似性定律。
想想别的例子吧。
如果要用半尺寸模型模拟在风洞中以50 km/h行驶的车周围的空气流动，根据雷诺数的方程式，为了保持雷诺数恒定，特征长度减半，因此空气速度需要调整为100 km/h 即，如下图所示。
如果仔细观察雷诺数，就会发现流体粘度较大或流体速度较低时，粘性力占支配地位。
出现这种情况时，雷诺数变小，流动变成层流。
另一方面，流体粘度小或速度高时，惯性力起支配作用。
因此，流体的雷诺数会变大，流动会变成湍流。
管道中，层流过渡到湍流的雷诺数范围一般为2000~4000。
这些数值是近似值，实际数值会根据流动状态和条件而变化。
那么，在日常生活中，比如骑自行车的人周围的空气流动是层流还是湍流？ 下图显示了以4.0米/秒行驶的自行车骑行者周围的空气流动：
根据官方的说法，
计算了雷诺数：
雷诺数计算值为400，000，远远大于表示流速从层流转移到湍流条件的上述近似值2，000-4，000。
发现日常生活中观察到的大部分流动是湍流。
下表显示了生活中常见物体的雷诺数。
你可能会怀疑这里的特征长度该怎么取。 实际上，为了工程上的方便，一般选择某个宏观尺寸作为特征长度，为了实际描述流体微块的运动规律，显然选择当地的特征长度比较合理。
例如，在湍流中，按耗散涡大小计算的雷诺数接近1。 也就是说，在这个尺度上粘性力和惯性力是相同的。
既然特征长度不同，你可能会问，以不同物体为中心的流动雷诺数相同意味着什么？ 答案是，当两个物体在几何学上相似时(取的特征长度也相同)，它们的流场可能相似。
如果两个物体在几何学上不相似的话，即使雷诺数相同，流场的情况也完全不同！ 因此，要问给定雷诺数下的流动状态，必须给出特定的几何条件，如果不谈几何条件而只谈雷诺数，这个问题就没有意义了。
上面的图表为什么要混合各种几何形状的东西呢？ 因为只有参考意义，所以具体对应的雷诺数很粗略，只能看起来很粗略。 不要理解为“给定雷诺数下的流动都是层流”或“给定雷诺数下的流动都是湍流”。
湍流有优缺点。
试着做一下简单的分析吧。 湍流的特征是流体的涡流区域(称为涡流)在整体流动中无序快速变动，如下图( b )所示。
这些波动为动量和能量的传递提供了额外的机制。
层流中，流体颗粒沿路径规律流动，动量和能量通过分子扩散在流线上传递，速度较慢。
由于路线稳定，层流相对来说没有大的阻力和噪音。
另一方面，在湍流中，涡旋将质量、动量、能量传递到其他流动区域的速度比分子扩散快得多，质量、动量、传热大大加强。
因此，湍流可以导致更高的摩擦系数、传热系数和传质系数。
同时，根据层流情况，湍流会大幅增加阻力，产生更大的噪音。
因此，了解、合理处理和控制湍流对成功进行产品设计至关重要。
目前，关于人类湍流的研究还鲜为人知。
细心的读者会发现，以上所述的层流和湍流的定义还停留在直观的水平上。 ——我们对这两者没有确切的定义，用“看起来很平缓”和“看起来很混乱”等词来表达它们。
实际上，到目前为止，湍流还没有得到精确的数学定义。
希望更多的读者知道湍流，更多的人想要征服它！
一般物体的雷诺数一般是指在该物体周围流动的雷诺数
参考文献：
https://book020/media/column/a72
https://zh.wikipedia.org/wiki/雷诺数
王洪伟： 《我所理解的流体力学》
YUNUS A .johnm.CIM Bala:fluid mechanics:fundamentalsandapplications，FOURTH EDITION