簡單地講,雷諾數是慣性力/粘性力,分別對應對流項和粘性項。對流項的強非線性會導致流場混沌。從傅立葉分析的角度講,對流項對應convolution;而convolution會使得波數範圍增加。我的理解是這就類似於為什麼湍流有著寬的頻譜和各種尺度的運動;強非線性項帶來的尺度增加以及各尺度間的相互作用導致系統趨於混沌。籠統地說,Re越大,非線性越強,尺度越多,運動越混沌。 從不穩定性講,從對Orr-Sommerfeld方程的分析中可以看出,當Re超過一定的數值(critical /indifference Re;比如Blasius邊界層對應Re=520),存在一些二維擾動波(即所謂的TS wave);而在一定頻率範圍內的波,它們是不穩定的。而在這些不穩定性中,無粘不穩定性又比較強烈;隨著Re增加,會有一部分的波一直是無黏不穩定的。這些波隨著流動被逐漸放大,形成三維不穩定波,最後逐漸形成湍流。因此可以看出,Re和穩定性有關係。隨著Re增大,整個流場系統會不穩定,最終發展成湍流。 從動力學角度講,隨著非線性強度越強,會產生很多的分叉(bifurcation),到了一個臨界點之後(accumulation point),混沌產生了(我的理解是,這類似於上面提到的convolution,這些分叉相互交叉作用最終形成湍流)。而強非線性代表高雷諾數。 簡而言之,有很多角度可以去理解為什麼Re會和流場形態有關。其核心還是在於強非線性帶來的
簡單地講,雷諾數是慣性力/粘性力,分別對應對流項和粘性項。對流項的強非線性會導致流場混沌。從傅立葉分析的角度講,對流項對應convolution;而convolution會使得波數範圍增加。我的理解是這就類似於為什麼湍流有著寬的頻譜和各種尺度的運動;強非線性項帶來的尺度增加以及各尺度間的相互作用導致系統趨於混沌。籠統地說,Re越大,非線性越強,尺度越多,運動越混沌。 從不穩定性講,從對Orr-Sommerfeld方程的分析中可以看出,當Re超過一定的數值(critical /indifference Re;比如Blasius邊界層對應Re=520),存在一些二維擾動波(即所謂的TS wave);而在一定頻率範圍內的波,它們是不穩定的。而在這些不穩定性中,無粘不穩定性又比較強烈;隨著Re增加,會有一部分的波一直是無黏不穩定的。這些波隨著流動被逐漸放大,形成三維不穩定波,最後逐漸形成湍流。因此可以看出,Re和穩定性有關係。隨著Re增大,整個流場系統會不穩定,最終發展成湍流。 從動力學角度講,隨著非線性強度越強,會產生很多的分叉(bifurcation),到了一個臨界點之後(accumulation point),混沌產生了(我的理解是,這類似於上面提到的convolution,這些分叉相互交叉作用最終形成湍流)。而強非線性代表高雷諾數。 簡而言之,有很多角度可以去理解為什麼Re會和流場形態有關。其核心還是在於強非線性帶來的
對小擾動的不穩定性;多波性(產生多個波);多尺度的相互作用;這一系列特性最終導致混沌和湍流,而雷諾數正是衡量非線性相對於粘性的大小的無量綱數。 當然還是得強調一下,雷諾數只能作為定性判斷,不能作為定量判斷。 (非轉捩/動力學專業人士班門弄斧;如有錯誤,歡迎指出)