潔凈室氣流的狀態

一、幾種基本流動狀態
1、穩定流與不穩定流
流體質點的各種運動要素僅因質點所在位置而異，不因時間t而變化，這種運動叫穩定流。如果各種運動要素都是位置（x,y,z）與時間（t）的函數，這種流動叫不穩定流。
2、漸變流與突變流
當流體運動有如下情況時，叫做漸變流。如圖所示，其特點是：

（1）流線之間的夾角β很小，即流線之間基本是等距的。
（2）流線的曲率半徑R最大，即流線接近直線（結合上一點，故流線接近平行），因而慣性力可忽略。不符合以上兩種情況的流動就是突變流。
3、均勻流與非均勻流
在漸變流中，凡是滿足以下兩個條件的，叫均勻流：
（1）沿流長度上各斷面的形狀和大小相同。
（2）同一條流線上的任意兩點上的流速相同。由此可見，均勻流是漸變流的極限情況。
只要不具有以上兩個條件中的任何一個，就是非均勻流。如下圖（a）所示的是不具備上述兩個條件的；（b）所示進口段不具備第二個條件；（c）所示的才同時具備兩個條件。

4、層流與紊流
流層與流層間沒有流體質點交換的流動，叫層流，反之即為紊流。
對于管流來說，當Re由大降低到2400以下時，即轉變為層流，當Re由小升高時，一般到13800即轉變為紊流。但也常常不固定，可以升高到10⁵仍保持層流，這主要取決于來流穩定性。
由于在紊流狀態時流體是以無規則的相互摻混方式進行的，隨時間t而變化，所以紊流在實質上不是穩定流。但如果取一稍長的時段T，取其平均速度（也稱時均速），即

如果來流條件不變，雖然是紊流，也可以有不變的時均速，仍稱為穩定流。也就是說，對于這種紊流雖然不能畫出它的瞬時流線，但可以畫出時均流線。反之，如果沒有不變的時均速，當然是不穩定流了。在所研究的范圍內，遇到的是前一種情況。在潔凈室中，若從流動的雷諾數Re來考慮，則都屬于紊流流動。
二、紊流過程的物理狀態
1、紊流形成的過程
（1）渦體的形成。
（a）黏滯性。在流體的相對運動中，由于黏滯性而在流層之間產生切應力。對于某一L層來說，在它某一邊流速較大的流層加于它的切應力是順流向的，另一邊流速較小的流層加于它的切應力是逆流向的。因此對于這一L層來說，有構成力矩、促成渦體產生的傾向。
（b）波動性。如果因某種愿因使流層發生了垂直于流體運動方向的波動，則在凸起一邊，由于擠壓而使通過斷面減小，流速增大；反之，凹入一邊斷面增大，流速減小。這種兩邊流速的差異同樣進一步促成渦體的產生。
（2）渦體形成后脫離原流層，沖入鄰近流層。
一旦形成渦體，由于流速較大流層與渦體旋轉方向一致，流速較小流層與渦體旋轉方向相反，將使流速較大流層的流速更大，流速較小流層的流速更小。流速增大的地方壓力減小，流速減小的地方壓力增大，形成垂直于流向的壓差；當該壓差足以克服阻力后，就推動渦體脫離原流層，沖入鄰近流層。只要具備了在某些流層中形成渦體并沖入鄰層的這兩個條件，由于流動的連續性，勢必要進行渦體的交換和流體間的相互補充。由此而產生的紊亂將影響到更遠的流層。如果最初形成的渦體較強較多，則可以使整個流動狀態*改觀。
2、紊流的特點
根據上述對于紊流形成過程的物理狀態的分析，可以歸納出紊流有以下幾個特點：
（1）大的雷諾數。
（2）不規則性。
（3）擴散性。
（4）三度的渦動。
（5）由于黏性而使能量較快的消耗。
除上述特點外，紊流流動還取決于來流條件。如果來流不平靜，能產生微小的波動，也可促成渦體產生。這也說明為什么雷諾數沒有固定的上臨界值。