之前的視頻中有時會提到一些流體力學名詞，之后應該也會用到，因為看文章的朋友們不一定是流體領域的，所以可能對這些名詞不太熟悉，建議我解釋解釋。咱們今天的視頻就解釋三個名詞：邊界層、層流和湍流。我盡量用和流體沒有關系的語言來表述表達，讓所有領域的伙伴們都能聽得懂。

首先，邊界層。書本定義是：當流體流過固體表面時，由于流體的粘性，會在固體表面形成一個厚度逐漸增加的薄層。薄層內垂直壁面方向，流體速度逐漸增大。

這句話看起來，好像懂了，又好像沒懂，咱們逐字分析。“流體流過固體表面”說明

流體力學研究中所指的邊界層是發生在流體和固體交界面之間（這個邊界層是在流體和固體交界面之間），那么比如一杯水，上面是空氣，這是流體和流體的交界面，當前研究中就不列入邊界層的概念。

然后粘性，啥意思？流體力學中說的流體粘性是指流體阻礙自身流動的一種特性。像這樣，我吹一口氣，那么這束氣體就比周圍氣體流體速度大，然后周圍挨著它氣體說，你不要走，然后這束氣體說，你跟我走，這就導致，這束氣邊緣的氣體以減慢自身速度為代價，帶走了它周圍的一些氣兒，這就是粘性。

稍微拓展點兒，為什么會有這種相互牽扯，或者說阻礙呢？同為流體，液體和氣體還有點兒不一樣。液體分子間距離近，粘性多數是因微觀粒子間的作用力。

比如水，是因為氫鍵，而氣體，主要是因為分子熱運動，這種上躥下跳的不規則運動，一股流動氣體內的分子，它不是直直前行，而是亂跳著前行，這就導致不同速度層間的氣體彼此交換，快的跳慢的里，慢的跳快的里，自然彼此牽扯和阻礙。

流體粘性理解了，咱們繼續看這句話，在固體表面形成一個厚度逐漸增加的薄層。

剛說粘性是流體內部的，和固體有什么關系呢？任何固體壁面都有粗糙度，流體流過具有一定粗糙度的固體壁面時，最貼近壁面一層的流動被阻擋，速度驟降，然后，由于流體粘性，這一層就拉著下一層流體，下一層一邊走一邊拉著下下一層的流體，這樣一層一層往后傳遞，就導致被影響的區域沿流動方向越來越厚，從垂直壁面的角度（方向）看，流體速度從接近零增加到主流速99%的時候，就以此為界，定義其和壁面之間的區域叫邊界層。

用AICFD做了個仿真，給大家更直觀地看一下邊界層的樣子。

邊界層在實際工程中得很多場景都是必須要考慮的重要因素，比如風洞試驗中，邊界層會導致風洞的有效直徑變小，影響流動參數。

到此，邊界層的概念應該解釋清楚了。接下來看一下層流和湍流，他們是流體2種不同的流動狀態。

層流，可以理解為流動是分層的，層與層之間不會互相干擾。有時，你甚至很難注意到它在流動。

而湍流，就是不同層之間的流體互相干擾、互相混合，一眼看過去，就是一個大寫的“亂”字。有時稱其為亂流、擾流或者紊流。大部分工程問題都是湍流。

AICFD做了仿真，給大家看一下數值模擬層流和湍流的樣子。

那么一股流體的流動，是層流還是湍流，和什么有關系呢？

1883年，英國物理學家雷諾，做了著名的圓管流動試驗。展示了層流還是湍流，可以用一個無量綱數來判斷：ρvd/μ，也就是后來大名鼎鼎的雷諾數Re。雷諾數Re越大，流動就越容易是湍流。這個公式不展開講，里面v是流速，μ、ρ、d分別是流體動力粘性系數、密度和特征長度，很多情況這三個數是不變的，雷諾數表現出和流體速度正相關。

簡單理解，慢慢流是層流，流快了就變湍流了。而層流不是瞬間變換到湍流，中間過程叫“過渡流動”。層流到湍流之間的變化，專業術語叫：轉捩。再實際工程中首先要估算雷諾數，判斷是層流還是湍流，然后再按照不同的模型去分析和計算。

另外，再補充一點，層流和湍流之間的轉捩，不只和雷諾數有關，還和擾動有關，比如管內流動，管壁不同的粗糙程度會造成不同的擾動。壁面越光滑，層流到湍流就需要越大的雷諾數。

關于湍流，目前人類對它的認識還遠遠不夠。著名物理學家、諾貝爾獎獲得者費曼曾說過：湍流是經典物理學中最后一個尚未解決的重要問題。這一點，從計算流體力學，也就是計算機仿真中也能看感受到。你隨便打開一款流體仿真軟件，包括AICFD，會有好幾個湍流模型讓你去選擇。那應該選哪一個呢？我也不知道，就是根據直覺，不是，經驗去判斷。其實，選擇仿真模型這件事本身，就已經體現出了科學的無奈。因為最準確的湍流計算，就應該是沒有湍流模型。

所以，屏幕前的你加油啊，如果在21世紀吹開籠罩在物理學頭頂的這一朵叫湍流的烏云，應該就能拿下諾貝爾物理學獎。也讓仿真工程師以后不用再糾結用哪個湍流模型，甚至都不用判斷是層流還是湍流了。

三個名詞說了這么多，大家應該都理解得透透了，接下來咱們常規操作，做個實驗，看看層流和湍流的樣子。

借來了同事的綠蘿小水盆，買了個注射器，沖了包咖啡，流動就可視化了。

這個湍流很明顯，但那個層流，不太好，可能是手抖，控制緩慢穩定流動太難。

誒？買來一套輸液用的設備，把咖啡吊起來，通過調節滾輪的松緊，來控制出口的流速，就能避免手抖的干擾了。這個不錯，能比較明顯地看出層流和湍流。

最后放個大招，展示一下邊界層，看到沒？看到沒？皇帝的邊界層，只有聰明的人才能看到。

剛開個玩笑，想了N個辦法，包括網上查資料，都沒有找到能讓大家看到邊界層的我能支付得起的可行辦法。聰明的你，如果有啥辦法，歡迎留言！咱下次試試。

本期就到這啦，咱們下期見！拜拜