固体壁面上的边界层前一段通常为层流,后一段可能为湍流,中间有一过渡区,称转捩区(见图,图中δ为边界层厚度)。转捩区有时很窄,可近似为一点,称转捩点。决定转捩的是一个无量纲数,即雷诺数。
1880年,英国学者O.雷诺进行了著名的圆管流态转捩实验,1883年提出了层流和湍流的概念,并建议用一个无量纲数(后称为雷诺数)作为判别条件。当雷诺数大于临界值时,层流不稳定,这是转捩的先兆。现代实验证明,转捩是一个复杂的过程,受多种因素影响,如自由流湍流度、马赫数、雷诺数、壁面曲度(压强梯度)、壁面粗糙度、壁面温度(热传递)、三维效应(次生流)、噪声和结构振动等。
标志流动转捩的雷诺数称为临界雷诺数。临界雷诺数的值处在两个界限之间,圆管水流为2×103~1×105;对不可压缩流体绕光滑平板流动,临界雷诺数的值为2×103~6×105(这时特征长度取转捩点到平板前缘的距离)。由于湍流边界层的流动特性与层流边界层有很大差别(如摩擦阻力、分离特性等),因此,临界雷诺数对判定边界层状态和分析计算飞行器的气动特性很重要。
转捩的研究对飞机设计、发动机设计有重要的实际意义,但还没有比较完善的理论,主要依靠实验,所提出的转捩准则也都是在特殊的条件下得到的,不能普遍适用。