过渡流

在流体动力学中，层流变为湍流的过程称为层流-湍流转变。 表征转变的主要参数是雷诺数。

过渡通常被描述为经历一系列阶段的过程。 过渡流可以指任一方向的过渡，即层流-湍流过渡流或湍流-层流过渡流。

该过程适用于任何流体流动，最常用于边界层。

较大的管道是玻璃的，因此可以观察到染色流层的行为，管道的末端是一个流量控制阀，用于改变管道内的水流速度。 当速度很低时，染色层在大管的整个长度上都保持清晰。 当速度增加时，该层在给定点破裂并扩散到整个流体的横截面。 发生这种情况的点是从层流到湍流的过渡点。 雷诺兹确定了这种效应开始的控制参数，这是一个无量纲常数，后来称为雷诺数。

Reynolds 发现过渡发生在 Re = 2000 和 13000 之间，具体取决于进入条件的平滑度。 如果格外小心，转变甚至会发生在 Re 高达 40000 的情况下。另一方面，Re = 2000 似乎是在粗略入口处获得的最低值。

雷诺兹 (Reynolds) 在流体动力学方面的出版物始于 1870 年代初期。 他在 1890 年代中期发表的最终理论模型仍然是今天使用的标准数学框架。

边界层可以通过多条路径转变为湍流。 物理上实现哪条路径取决于初始扰动幅度和表面粗糙度等初始条件。 每个阶段的理解水平差异很大，从对主要模式增长的接近完全理解到对旁路机制的理解几乎完全缺乏。

自然过渡过程的初始阶段被称为接受阶段，包括将环境干扰——声学（声音）和涡流（湍流）——转化为边界层内的小扰动。 产生这些扰动的机制多种多样，包括与表面曲率、形状不连续性和表面粗糙度相互作用的自由流声和/或湍流。 这些初始条件对基本状态流来说很小，通常是不可测量的扰动。 从这里开始，这些扰动的增长（或衰减）取决于扰动的性质和基本状态的性质。 声学扰动往往会激发二维不稳定性，例如 Tollmien–Schlichting 波（T-S 波），而涡流扰动往往会导致三维现象的增长，例如横流不稳定性。

近几十年来的大量实验表明，放大区域的范围，以及因此转变点在体表上的位置，不仅在很大程度上取决于外部干扰的幅度和/或频谱，而且还取决于它们的物理性质 . 一些扰动很容易穿透边界层，而另一些则不然。 因此，边界层转变的概念是一个复杂的概念，目前还缺乏完整的理论阐述。

如果初始环境产生的干扰足够小，则过渡过程的下一阶段就是初级模式增长阶段。 在此阶段，初始扰动以线性稳定性理论描述的方式增长（或衰减）。 现实中表现出的特定不稳定性取决于问题的几何形状以及初始扰动的性质和幅度。 在给定流动配置中的一系列雷诺数中，最放大的模式可能而且经常会发生变化。

有几种主要类型的不稳定性通常发生在边界层中。 在亚音速和早期超音速流动中，主要的二维不稳定性是 T-S 波。