二、层流、流态、雷诺数

1．层流和紊流      

层流：液体质点互不干扰，液体的流动呈线性或层状，且平行于管道轴线；     紊流：液体质点的运动杂乱无章，除了平行于管道轴线的运动以外，还存在着剧烈的横向运动。

液流状态：

 a）层流                             b）层流开始破坏

                         

c）流动趋于紊流                                      d）紊流

                      

 

层流紊流演示图

• 层流和紊流是两种不同性质的流态。
• 层流时，液体流速较低，质点受粘性制约，不能随意运动，粘性力起主导作用；
• 紊流时，液体流速较高，粘性的制约作用减弱，惯性力起主导作用。
• 液体流动时，究竟是层流还是紊流，要用雷诺数来判定。

2．雷诺数   

实验表明真正决定液流流动状态的是用管内的平均流速v、液体的运动粘度ν、管径d三个数所组成的一个称为雷诺数Re的无量纲数，即

                                  

• 上临界雷诺数和下临界雷诺数
• 临界雷诺数：
• 当液流的实际流动时的雷诺数小于临界雷诺数时，液流为层流，反之液流则为紊流。常见的液流管道的临界雷诺数可由实验求得。
• 雷诺数的物理意义：影响液体流动的力主要有惯性力和粘性力，雷诺数就是惯性力对粘性力的无因次比值。
• 对于非圆截面管道来说，Re可用下式来计算                Re＝4vR/ν

         式中 R为通流截面的水力半径。它等于液流的有效截面积A和它的湿周χ（通流截面上与液体接触的固体壁面的周长）之比，即   R＝A /χ

• 水利半径对管道通流能力影响很大，水利半径大，表明液流与管壁接触少，通流能力大；水利半径小，表明液流与管壁接触多，通流能力小，易堵塞。