又稱紊流，具有很不規則的高頻脈動的流動狀態，在這一狀態下流體內部充滿大小不一的旋渦，流動空間中各點的運動速度和壓力隨時間變化。是依據粘性流體流動的內在結構劃分的兩種基本流動狀態之一。自然界和工程上涉及的流體流動大都是湍流，例如大氣和海水的流動，流體在管道中的流動，向空中排放的煙氣流以及向江河排放的水流，流體在換熱器和反應器等化工設備中的流動等。瞭解湍流，對解決許多工程問題有重要意義。

　　基本本特點　在湍流運動中，流體流經固定點的速度隨時間作不規則的變化，各部分激烈摻混。不斷脈動的湍流運動的速度u可分解為時均速度 ū以及脈動速度u′，即對時均速度的偏離（見圖），可表示為：

u＝ū+u′

ū的定義為：

式中 t為時間； T為求 u的平均值所取的周期。如果 T值足夠長，ū值不隨時間而變化，則湍流為定態湍流，否則為非定態湍流。

　　湍流時的動量傳遞雖然仍有分子間的傳遞，但主要是依靠微團的湍流脈動（旋渦運動），後者的作用比分子傳遞強得多，可以高幾個數量級。因此，與層流相比，湍流時動量通量大得多，摩擦阻力也大得多。湍流時由於強烈的動量交換，速度分佈較層流平坦，流動阻力幾乎與流速的平方成正比，管流湍流時傳熱分系數和傳質分系數均約與速度的0.8次方成正比。湍流的不利方面是脈動造成能量消耗增加，但湍流脈動促進混合，有利於熱量傳遞、質量傳遞和化學反應，大大提高瞭這些過程的速率。研究湍流的發生和運動規律的湍流理論，是強化有關過程以及進行有關設備設計的理論基礎。

　　理論形成　對湍流現象進行實驗和理論研究由O.雷諾首開其端，至今已有100多年。關於層流向湍流狀態的轉變，雷諾認為這是層流穩定性問題。20世紀30年代，由德國L.普朗特學派的W.托爾明通過計算得到平板邊界層中層流失去穩定性時的臨界雷諾數。

　　對湍流運動規律的研究，遵循兩條基本途徑：①研究時均運動規律，形成瞭湍流半經驗理論；②研究脈動運動規律，形成瞭湍流統計理論。在湍流半經驗理論方面，法國科學傢J.佈森涅斯克最先於1877年提出渦流粘度理論，其後1925年普朗特提出混合長理論（亦稱動量傳遞理論），還有1930年T.卡門提出的相似理論和1932年G.I.泰勒提出的渦量傳遞理論等。在湍流統計理論方面，首先是泰勒（1935），後來有卡門（1938）和Α.Н.科爾莫戈羅夫（1941）等著名科學傢，用統計方法考察湍流，為湍流統計理論奠定瞭基礎。

　　湍流半經驗理論　在對脈動運動作一些簡化的基礎上，尋求時均速度分佈和阻力定律，其中所出現的常數由實驗決定。主要的理論有：

　　渦流粘度理論　佈森涅斯克設想湍流剪切應力與時均流動的關系，可用類似於牛頓粘性定律（見粘性流體流動）的形式表述，即湍流剪切應力τ慻可寫為：

式中 ε m為渦流運動粘度； ρ為流體密度。實驗證明：除瞭固體壁面附近之外，渦流運動粘度比分子運動粘度大很多倍，而且與在流場中的位置及時均速度等因素有關。利用這一概念，通過實驗得到渦流運動粘度與有關因素的關系式後，即可將上式作為湍流計算的基礎。利用類似的方法，還可引入渦流熱擴散系數（即湍流熱導率）和渦流擴散系數，用於湍流傳熱和傳質計算。

　　混合長理論　普朗特將湍流運動與氣體分子運動相比擬，設想湍流運動時流體微團的運動類似於氣體分子的隨機運動，微團能保持自己的動量向任意方向移動一段距離，然後互相碰撞而交換動量，交換機理亦類似於分子運動引起的不同速度層之間的動量交換（見動量傳遞）。普朗特仿照分子平均自由程的概念，引入混合長l，假定脈動速度的x方向分量

與 同一數量級（dū x/ d y是時均速度梯度）， 與 (脈動速度 y方向的分量)數值相當，於是確定瞭湍流運動剪切應力 τ慻的計算式，又稱普朗特混合長公式，即：

式中ū x是 x方向的時均速度分量； ρ為流體密度。若假定 l正比於離開壁面的距離 y，即 l＝ ky， k為常數，則由上式可知湍流時阻力正比於速度平方，這與實驗結果相符。將這一公式積分，就可以得到對數速度分佈和流動阻力公式（見 管流）。

　　湍流統計理論　由於湍流狀態下的脈動在一定程度上是一種隨機現象，用統計方法研究湍流是很自然的。統計上描述湍流的主要參數是湍流的強度和尺度，而比較重要的一種理論是局部各向同性湍流理論。

　　湍流的強度和尺度　表示湍流結構常用的兩參數。

　　①湍流強度　系旋渦脈動速度和能量的度量，是脈動速度的均方根平均值。有時以它與時均速度的比值來表示，稱為相對湍流強度，對於管內運動，此值一般為百分之幾。

　　②湍流尺度　系湍流中旋渦尺寸的度量，是旋渦的平均大小。湍流中的旋渦一般是多尺度的，從設備尺寸級至毫米級，甚至更小。

　　局部各向同性湍流理論　科爾莫戈羅夫所闡明的湍流的物理模型是，雷諾數充分大時，湍流由一系列不同大小的旋渦組成。最大旋渦具有空間特征尺寸的數量級；最小旋渦顯示出分子粘性對動量傳遞的作用。能量從大旋渦向小旋渦，小旋渦又向更小的旋渦傳遞，直至最小旋渦，最後因粘性的作用耗散為熱量。

　　小旋渦的重要特性在於它是各向同性的，即湍流脈動的統計特性與方向無關。科爾莫戈羅夫提出瞭局部各向同性湍流理論，並用因次分析方法導出瞭這一理論包含的一些重要關系式：

式中 系尺度為 λ的脈動運動速度； ε為單位質量流體的能量耗散； ε 0為湍流內尺度； v為流體的動力粘度。

　　湍流統計理論在化工中的應用　湍流統計理論從20世紀30年代開始發展，至今尚未成熟，但在化工領域中已經獲得瞭一些重要應用。如用以闡明液固兩相系統中的顆粒懸浮機理、計算臨界懸浮條件；用於液液(氣液)兩相系統，對湍流脈動造成液滴（或氣泡）分裂的機理進行分析；估計在分散相含量較低情況下的液滴平均直徑；分析混合機理，闡明混合對化學反應的作用；分析傳熱、傳質機理，以指明強化這些傳遞過程所應采取的措施等。

　　展望　60年代後期，湍流實驗研究中發現瞭擬序結構，即認為湍流流場中存在著有序的大尺度旋渦結構，改變瞭湍流完全是一種隨機現象的傳統觀念。這一現象現在還沒有研究清楚，但已有跡象表明，它對壁面流動結構和傳遞機理的闡明將起關鍵作用。對不同大小設備中湍流結構上的差異的瞭解，將對化工設備的放大起重大影響。此外，兩相流系統的湍流理論和界面湍流等，對化工設備性能的瞭解至關重要。但目前認識得還很不夠，這將是今後湍流研究的重要方面。