层流喷泉（光亮泉、跳泉），发明于上世纪八十年代，是现代流体力学中的一项新成果，已成为目前人工喷泉中的一种新、奇、特水型，被广泛应用。其结构、原理和技术问题值得去探讨。

　　一、概述

　　层流喷泉的喷口出流流速低，流体质点作有条不紊的线性运动，彼此互不混杂。该液流流态的雷诺准数Re处于2320~13800范围内。2320为下临界点；保证层流状态，就必须控制上临界值在13800以下，这取决于水流受外界扰动的影响程度。外界扰动愈强，上临界的雷诺准数就愈大。

　　层流喷头具有消除外界对水流干扰的对应措施，使水射流始终保持层流状态，形成玻璃柱状透明出水水柱。其边界层水射流与大气层空气，不发生掺气扩散两相流；水射流的水气界面保持光滑完整，可以像光纤一样对水柱中的光线进行全反射。从而为戏水活动及彩虹隧道等新、奇、特水形提供了可实施的条件。

　　层流喷泉可产生很薄的均匀水膜，形成“水泡泉”、“宝石泉”等水形；配套灯光照明，就形成彩虹隧道。若配备水力、电动或气动切割机构，将连续的玻璃状水柱切割成不同长度的“水弹”,就可形成“玻光跳泉”等各种动感水景。

　　层流喷头区别于普通喷头的特殊结构，是层流喷泉的技术关键所在。

　　二、喷头结构

　　层流喷泉与其它人造水景一样，需要水泵从吸水口吸入流体（水）；加压后，通过输水管道、阀门，经喷头（口）射出水射流。由于层流喷头出口流速低，流量小，射程及喷高均受到了很大限制，故此不易形成壮观的水景。国内现有层流喷头，一般射高Hmax<3m,最大射程Lmax<9m,玻璃水柱直径d在20mm左右，抗风能力较差，远不能满足室外大型水景喷泉的要求；效果不很理想，与国外先进产品比较，尚有较大差距。

　　水通过滤网9,经水泵加压，进入水流室；压力水通过八层流水调节板7,使之处于层流状态，从喷嘴射出玻璃状层流水柱。步进电机（驱动电压24V）带动切割刀片4,在切割驱动室3中，把玻璃状水柱切割成一段段“水弹”;经盖1的中央孔射向空中。上防溅护板2和降低防溅护板5,使切割过程中被挡之水，回落到水流室。

　　橡胶密封垫8保证了水泵出水口处的密封性。照明灯6可使玻璃状水柱呈各种各色彩虹，形成彩虹隧道。

　　当倾角为45°，射高2m,理论计算出抛物线轨迹Lmax=8.6m.因受风及空气阻力影响，一般射距约为6m。

　　流水调节板有时采用泡沫塑料垫板替代，是产生层流流态的核心。

　　三、性能和参数

　　根据物体抛射原理，处于与水平面呈75°喷射角，最大射高3m时，水射流出口流速应为 .代入H=3m,?=75°，g=9.81m/s2,可得V=7.94 m/s,取8 m/s计。假设喷头出口直径d=20mm,则水泵流量。由于流水调节板网孔或多孔泡沫塑料垫板阻力大，水泵最大压力应远大于高程水头。一般为2~2.5倍。国外某公司生产的层流喷头的参数为：水泵最大流量Q=7.2m3/h,最大出口水压头H=7.7mH2O.层流喷头照明采用12V,75~100W高能冷卤灯，照射角20°~30°。

　　由于水泵出口处的流量和水压头均较低，功率、电机启动及额定电流不大，和采用230V/50Hz电源。此时，电机额定电流1.17~1.82A,功率250~400W。为确保出口层流流态，流量与扬程可采用电机调频或调速控制实现。

　　四、切割机构

　　切割机构的作用是把透明的玻璃状水柱切割成一段段类似“水弹”的小柱体，供戏耍或观赏时增加动感。透明水柱的长短，决定于切割速度的快慢。切割频率愈大，切出的“水弹”愈短且密，动感性愈强。机械或水力式、以及气动式切割机构，切割速度一般低于100次/min;而采用步进电机或伺服电机直接驱动切割刀，切割速度高达500次/min.以水射流流速5m/s计，“水弹”长度≤250mm.

　　加大切割刀遮断部分尺寸，相邻两透明水柱的间隔会增大，“水弹”长度回缩短。

　　更换切割刀片形状、尺寸，如弧长S、半径R及改变步进或伺服电机的往复速度n,透明水柱的长短随之改变。

　　五、设计使用要点

　　为达到层流喷泉最佳的动感和彩虹效果，需要在设计使用时注意以下方面：

　　1. 尽量减少供水管道内的紊流强度，严格控制供水管道内的压力和流量。最好采用变频控制。

　　2. 尽量避免弯头、三通等产生涡流的管件。选用水流平稳的水泵，以免破坏层流流态。条件允许时，采用高位水箱代替离心泵供水。

　　3. 将泵阀等尽量布置在远离层流喷头的位置，减少涡流的影响程度。

　　4. 为防止固体杂质堵塞层流喷头中的网孔和流道，应采用干净的水源。若无条件使用自来水，就必须设置供水过滤系统。

　　流体的缝隙流动，由于缝隙尺寸小，厚度薄，一般均可看做是层流。缝隙流动流态与园管层流十分相似，进出流量变化不大；但压力损失却较大，包括剪切流动和差压流动两种情况。工程上层流态在石油输送、化工管道、地下水渗流，甚至轻工、建筑、生理等领域都有应用。在现代喷泉水景工程设计中应用已不鲜见。

　　目前我们在普通喷头、数控阀、供水泵及摇摆装置等常用喷泉设备方面，已有大量的研究和改进，流体新技术的应用实例很多。但对层流喷头的技术研究探索及实际应用尚处于起步和摸索阶段。我们深信对层流喷泉技术的系统探索，无疑会极大促进我国水景喷泉技术质的飞跃，实现早日赶超世界水平的目标。