流体在管道中对流动规律——流动能量损失的确定.
第六章管内流动和水力计算液体出流
第三节 管道进口段黏性流体的流动
层流进口段长度： 湍流进口段长度：
L 0.058 d Re
L 20 ~ 40d
第四节 圆管中流体的层流流动
1.管道内切应力分布
2rl 2l hf 2 gr gr
r 0 r0
又
l v2 hf d 2g
v2 0 4 2
v 几何意义:
v ~t 曲线和t轴所围面积的平均高度，
物理意义: 以 v 代替 v 时保持相同的流量。
第五节 黏性流体的紊流流动
二、混合长度理论
基本思想：把湍流中微团的脉动与气体分子的运动相比拟。
层流：
dv l dy
（分子运动）
dv dy （微团脉动）
湍流粘性系数 涡粘性系数
y
l' l' y1 o
三、总能量损失
hw hf hj
第二节 黏性流体的两种流动状态
1、雷诺实验
实验目的：观察粘性流体的流动状态。 实验装置：水箱，染色水，玻璃管，阀门；很干净，扰动小。 层流（laminar flow）：流速 较低，红墨水迹线平稳。水质 点沿轴向分层平稳流动。 不稳定流动：红墨水迹线波 动。水质点不稳定，有轴向和 垂向的分速度。 湍流 (turbulent flow) ：流速 超过某值时，红墨水迹线破裂。 各层流体质点相互掺混，出现 不规则、随机脉动速度。 实验表明：粘性流动存在两种 流动状态——层流和湍流。
流动阻力和能量损失要点
例：利用管径d = 75mm的管道输送重油，已知γ油= 8.83kN/m3， ν油= 0.9cm2/s，如在管轴上装有带水银压差计的毕托管， hp= 20mm，求重油每小 时流量及每米长的沿程水头损失（ γ水银 = 133.28 kN/m3）
解：1、沿流线写出A到B的伯努利方程
油
pA u p 0 B 2g 油 2g
湿周
有压圆管：
d 2 1 R d d 4
A
1 4
湿周是过流断面上流体 和固体壁面接触的周界。
下图所示断面形状的湿周：
h b b
α
h
θ
b 2h
2h b sin
d 2
d
4a
2、圆管均匀流的切应力分布规律：
0
r0
r
即剪应力呈线性分布，管壁处剪 应力值最大，而管轴处为零。
所以在紊流状态计算沿程水头损失，必须确定紊流处于哪一个 流区。
综上所述，紊流的特征： 1、紊流使运动要素产生脉动。 2、紊流产生附加切应力。 3、紊流中存在粘性底层。
4、紊流使流速分布均匀化。
5.7 尼古拉兹实验和沿程阻力系数λ 的变化规律
尼古拉兹实验是本章又一个重要的内容。通过尼
古拉兹实验，我们可以发现沿程阻力系数λ 在层流 和紊流三个不同流区内的变化规律，并且层流内的 λ 变化规律与前面理论分析的成果相一致。据此可 推论在紊流三个流区内的λ 变化规律也是符合实际 的，从而为确定λ 值，进而计算紊流各流区的沿程 水头损失hf提供了可应用的方法。
流体在流管中的流动
Vd Vd Vl Re
3、给出了层流、紊流（湍流）的不同损失规律。
层流：h1 K1V 紊流：h2 K 2V m
m=1.75~2
4.2 圆管中的层流流动
层流流动假设： 1）研究对象为不可压缩流体； 2）一般情况下，流体质点的运动惯性力和质量力 忽略不计；
颜色水
3）流体的粘度不变。
4.1 雷诺实验
19世纪末，英国物理学家雷诺通过实验装置，发现流体在管
道中流动时，有两种完全不同的流动状态。
4.1.1层流和湍流
颜色水
流速很小时，管内液体沿轴向流动，层与 层之间、流束之间不互相混杂，流体质点 之间没有径向的运动交换，都保持各自的 流线运动，这种流动状态称为层流。 流速增大时，颜色水看是动荡，但仍保持
1 速度分布：
gh f 2 2 p 2 2 (r0 r ) 其中 r0是圆管半径。 u (r0 r ) 4l 4l
此处p，并不仅仅是 p1 p2 )，当且仅当， 1 z2时，p p1 p2。 ( z
可见:
速度和半径之间呈二次抛物线关系，管轴处流速达到最大。
2、流量
而：
p1 油 gh p2 Hg gh 所以：p p1 p2 ( Hg 油 ) gh,带入（ ）式，得 1
p Hg 油 (13.6 0.9) 103 hf h 0.3 4.23(m) 3 g 油 0.9 10
流体在管内流动时的能量损失
水力光滑管
完全湍流粗糙管
某些工业管道的绝对粗糙度（36页 表1-2）
管道类别 无缝黄铜管、铜管、 铝管 新的无缝钢管或镀锌 铁管 绝对粗糙度 ε/mm 0.01~0.05 管道类别 具有重度腐蚀的 无缝钢管 旧的铸铁管 绝对粗糙度 ε/mm 0.5
0.1~0.2
0.85
新的铸铁管
0.3
干净玻璃管
0.0015~0.01
本章小结
本章讨论了流体流动的基本概念（包括流体的密度、流 体的压强、流量与流速、定态流动与非定态流动、 流体的粘度、 牛顿粘性定律、牛顿型流体与非牛顿型流体、滞流与湍流、流 动边界层、流动阻力）等 和计算流体流动的基本问题（包括流 体静力学基本方程、连续性方程、柏努利方程、流动阻力方程、 流量计流量方程等）。各位学员要认真学习本章内容，对一些 基本定义、公式要牢记， 要灵活应用上述概念和方程，掌握各
3．某液体分别在本题附图所示的三根管道中稳定流过，各管绝对粗 糙度、管径均相同，上游截面1-1’的压强、流速也相等。问： （1）在三种情况中，下游截面2-2’的流速是否相等？ （2）在三种情况中，下游截面2-2’的压强是否相等？ 如果不等，指出哪一种情况的数值最大，哪一种 情况中的数值最小？其理由何在？ 4．试比较滞流和湍流的主要区别。 5．边界层概念的提出对分析流体流动、 传热和传质有何意义？ 6．一定量的液体在圆形直管内作滞流 流动。若管长及液体物性不变，而 管径减至原来的1/2，问因流动阻力 而产生的能量损失为原来的若干倍？ 思考题3附图 [答：16]
流体在管道中的流动规律——输送机械功率确定.
（5）如果系统中的流体处于静止状态，则u1=u2=0， 因流体没有运动，故无能量损失，即∑hf=0，当然也 不需要外加功，即We=0，于是柏努利方程式变为
gZ1
p1
gZ 2
z1 g
p1
2 u1 2
W z2 g
p2
Fra Baidu bibliotek
2 u2 2
hf
式中：Z1=0， Z2=7.5m p1=0(表压), p2=1.96×104Pa(表压) u1≈0(容器液面)，u2≈1.4m/s
h
f
40J / kg
代入上式， 得W=93.6 J/kg
质量流量：Ws=u0A0ρ=1.4×0.785×（0.05） 2×1030 =2.83(kg/s)
压缩空气的表压力 ？ 15m 2 2
压缩空气p1
1
1
图1-34 例1-6 附图
3．流体输送机械功率的确定
【例1-7】如图所示
奶泵的有效功率？
计算： 输送管路为φ54×2mm的不锈 钢钢管，原料乳流量为20t/h。贮槽中 原料乳液面距蒸发器入口的垂直距离为 5m，原料乳在管路系统中的能量损失 为50J/kg，蒸发器内原料乳蒸发压力保 持在20kPa（表压），原料乳的密度为 1030kg/m3。试计算奶泵的有效功率
流体流动在管道中的能量损失分析
流体流动在管道中的能量损失分析
管道是流体能量传递和流动的重要通道。在流体流动过程中，由于管道内部和
外部的各种因素的影响，会出现能量损失现象。了解和分析管道中的能量损失对于优化管道系统设计以及提高流体传输效率具有重要意义。本文将对流体流动在管道中的能量损失进行分析和讨论。
1. 管道摩阻损失
管道内部的摩阻是流体流动中主要的能量损失来源。摩阻损失是由于流体与管
道壁面以及流体分子之间的相互作用而导致的。在实际应用中，一般使用阻力系数来表示管道的摩阻损失。常见的阻力系数有雷诺数、摩阻系数等。
2. 管道展向损失
管道的展向变化也会导致能量损失。展向变化会引起流体的速度变化和压力变化，从而引起能量的损失。一般情况下，展向变化越大，能量损失越大。常见的展向损失形式有管子的扩流和缩流。
3. 管道弯头损失
管道中的弯头会引起流体流动方向的改变，从而引起能量损失。弯头会造成流
体分离、涡旋和摩擦，从而引起能量转化和能量损失。弯头损失一般用弯头阻力系数来表示。
4. 管道阻塞损失
管道中可能出现各种类型的阻塞物，如沉积物、腐蚀产物等。这些阻塞物会导
致管道中的截面积减小，从而引起压力降低和能量损失。阻塞损失与阻塞物的形状、粘度、密度等有关。
5. 管道分歧损失
管道中的分歧会导致流体流动方向改变和速度分布不均匀，从而引起能量损失。对于分歧损失的分析和计算，需要考虑分歧的形状、角度、大小等因素。
6. 管道壁面摩擦损失
流体在管道内部流动时，与管道壁面之间存在摩擦力。摩擦力会消耗流体的能量，从而引起能量损失。管道壁面摩擦损失与管道的表面粗糙度、流体的黏度等因素相关。
流体力学(流动阻力及能量损失)
d
θ1
bc
可能是紊流,取决于起始流态。实验点分 a
布在ce线上或公布在db线上，这两条线 是层流和紊流之间过渡，该区为临界过 渡区。
θ2 lgv
vc vc
沿程损失hf与流速v的关系
三、流态的判别准则——雷诺数
雷诺根据大量实验资料，通过分析，将v、d、μ、ρ四个因素归 纳成一个无因次，称为雷诺数Re 。作为判别流体流动状态的标准
m/s
(4)
比较式（3）和式（4）得：
1 v 2 umax
层流时的动能修正系数：
u3dA
A
r0 0
J 4
(r02
r2)32rdr
2
v3A
J 8
3
r02 r02
层流时的动量修正系数：
u2dA
A
r0 0
4J(r02
2
r2) 2rdr
dim惯性力＝dim(ma)＝dim(ρ)L3LT-2＝dim(ρv2)L3L-1 dim粘性力 = dim[(μA)du/dy] = dim(μv)L2L-1
d d惯 粘 iim m 性 ＝ 性 d 力 di i 力 v m v m 2 )) L L 2 3 L L ( (1 1 d i m v l d i v m l diR m e
第四章 流动阻力和能量损失
沿程损失，是发生在缓变流整个流程中的能量损 失，是由流体的粘滞力造成的损失。
L V2 计算公式：h f λ d 2g
（达西-魏斯巴赫公式）
L：管长，d：管径，V：管断面平均速度，λ：沿程 阻力系数。
影响因素
流动状态：层流、紊流 流速 管道的长度、内径 流体的粘度 管壁粗糙程度
二、局部损失
-----流动中，由于边界急剧变化（如管径突然变大或 变小；弯管引起流速方向改变；或阀门、三通等）而 产生的局部能量损失(一般用hm表示)。
局部损失：是发生在流动状态急剧变化的 急变流中的能量损失。是主要由流体微团的 碰撞、流体中的涡流等造成的损失。
弯头 发生位置 变径管 阀门 …
V2 计算公式：h m ζ 2g
二、沿程损失与切应力的关系
如图，在均匀流中，任取一 流束，半径为r，长为L， 11，22断面距基准分别为 z1、z2。
p2 γ
p1 γ
p1 G z1 L α
p2
1、运动分析
z2
p1 α V12 p 2 α2 V22 z1 1 z2 h L12 2g 2g
∵ 均匀流 V1 V2 , α1 α2 1 而此时 h L12 h f h m h f ∴
L V2 h f λ d 2g
比较
得
64 λ Re
-----圆管层流沿程阻力系数表达式（只与雷诺数有关）。
第七章流体在管路中的流动
Re
Vd
4qV 4 0.01 1.27 （m/s） 2 2 d 3.14 0.1
1.27 0.1 1.27 10 5 2000 6 110
故水在管道中是紊流状态。
1 （2） Re Vd 1.27 0. 1114 2000 4 1.14 10
【解】
4 12104 V 2 0.239 2 d 3.14 0.008 4qV
雷诺数
Re Vd
（m/s）
0.239 0.008 127.5 2000 15106
为层流列截面1-1和2-2的伯努利方程
pa pa V12 V 22 h 1 0 2 hf g 2g g 2g
5.4 圆管中流体的层流
一、速度分布
du dr
R J
积分
r J 2
du rJ d 2
u
J 2 r C 4
C
在管壁上 r r0 ， u 0 ，则
J 2 2 u (r0 r ) 4
J 2 r0 4
(5)
表明在有效截面上各点的流速 u与点所在的半径r成二次抛物 线关系，如右图所示。 在r=0的管轴上，流速达到最 大值：
几个概念：
1、层流：流体质点平稳地沿管轴线方向运动，而无横向运动， 流体就象分层流动一样，这种流动状态称为层流。 2、湍流：流体质点不仅有纵向运动，而且有横向运动，处于 杂乱无章的不规则运动状态，这种流动状态称为湍流。 3、上临界流速Vc’ ：由层流过渡到紊流的速度极限值称为上 临界速度，以Vc’表示。 4、下临界流速Vc ：把上述实验反方向进行，逐渐降低流速， 由紊流转变为层流的速度称为下临界速度，以Vc表示。
4流体力学第三章流动阻力与能量损失
R A
3-34
粗糙度 过流断面面积 湿周
两个水力要素
Ｒ基本上反映过流断面大小、形状对沿程损失综合影 响的物理量。 d2
圆管的水力半径：R
A
ab 2 a b A a2 a 边长为a的正方形管水力半径： R 4a 4
4 d d 4
Re vd / vd /
(3-6)
●有压圆管流态判据： Re≤2000，层流 Re >2000，紊流 适用于任何管径和任何牛顿流体。 ●无压流和非圆管有压流动的流态判据： 用当量直径de计算时， Rek=2000。
A R 用水力半径Ｒ代替圆形管的直径d时，Rek=500；
Re
⑵尼古拉兹光滑管公式
1 Re 2lg 2.51
3-27
适用于Re<106。 ⑶适用于硬聚乙烯给水管道的计算公式 适用于流速＜3m/s的塑料管、 0.304 玻璃管和一些非碳钢类的金 Re0.239 属管。
3-28
⒉紊流过渡区
⑴莫迪公式
1 6 3 1 20000 10 0.0055 d Re
在管轴上，r=0,切应力=0； 在管壁处，r=r0, 切应力为最大，= 0
0
0
第四节 圆管中层流运动的沿程阻力计算
化工原理-流体在管内的流动.
过是流动状态的一种特殊形式。
5) 流体的衡算基准不同，柏努利方程形式也不同，上式以质量为基准的形 式，还有以重量、体积为基准的形式，学习中注意各项前后的一致性。
基准
基 准方程形式
国际单位
质量 重量 体积
gz u 2 2
p
We
hf
z
u2 2g
p g
HeBaidu Nhomakorabea
H
f
u
2
2.1 流量与流速
工程上输送流体管路直径的确定 d 4Vs
u
流量VS为生产任务所决定，一般是给定的。 关键：在于选择合适的流速。
若流速选得太大，管径虽然可以减小，但流体流过管道的阻力 增大，消耗的动力就大，操作费随之增加。反之，流速选得太小， 操作费可以相应减小，但管径增大，管路的基建费随之增加。所以 当流体以大流量在长距离的管路中输送时，需根据具体情况在操作 费与基建费之间通过经济权衡来确定适宜的流速。
入口1-1′截面上由于该截面处流体具有一定的压力，通过该截面的流体必 定要带着与所需的功相当的能量进入系统，这种能量称为静压能或流动功。
将mkg流体压进体系所需的作用力F为p1A1， 而流体通过此截面所走的距离L为V1/A1，
则流体带入系统所需的功为：
FL
管道损失计算范文
管道损失计算范文
管道损失是指流体通过管道时由于摩擦力所引起的能量损失。这些损
失会影响流体的流速和压力，因此在工程设计中，准确计算管道损失是非
常重要的。
管道损失可以分为两类：主要损失和次要损失。主要损失是由于摩擦
力引起的，与管道的长度、直径和流体的流速有关。次要损失是由于流体
通过弯头、三通、阀门等管件时产生的，与管件的形状、角度和流量有关。
计算管道损失的方法主要有两种：经验公式和流体力学方法。经验公
式是基于实验和经验数据得出的，适用于简单的流体和管道系统。流体力
学方法是基于流体力学原理和方程，适用于复杂的流体和管道系统。
常用的经验公式有达西公式、黑弗葛公式和柯克霍夫公式。达西公式
适用于流速较大、流体为水和流经圆管的情况。该公式的计算公式如下：hf = f * (L/D) * (V^2 / 2g)
其中，hf为主要损失的压力头，f为摩擦系数，L为管道长度，D为
管道直径，V为流速，g为重力加速度。
黑弗葛公式适用于流速较小、流体为水和流经圆管的情况。该公式的
计算公式如下：
hf = K * (L/D) * (V^2 / 2g)
其中，hf为主要损失的压力头，K为黑弗葛系数，L为管道长度，D
为管道直径，V为流速，g为重力加速度。
柯克霍夫公式适用于流体为气体和流动迅速的情况。该公式使用流量
系数来计算管道损失，其计算公式如下：
hf = (K/Q^2) * (L/D)
其中，hf为主要损失的压力头，K为柯克霍夫系数，Q为流量，L为
管道长度，D为管道直径。
在实际工程中，为了准确计算管道损失，通常采用组合方法。即将经
流体流动过程中能量损失与管道计算.概要
•
实际流体由于具有粘性，在流动时就产生阻力。对于不可压缩流 体来说，这种阻力使流体的一部分机械能，不可逆地转化为热能而损 失到环境中去。这部分能量便不再参加流体动力学过程，称之为能量 损失。单位重量（单位体积）流体的能量损失，称为水头损失（压头 损失）并以hw(或△p)表示。
发生炉煤气
5～8 3 ～5
1 ～3
天然煤气
氧气（p<100tm） （100tm<p<00tm）
20～25
7~8 3~4
流体种类
烟气（t=600~800℃） （t=300~400℃）
流速 v
m/s
1.5~2.0 2.0~3.0
过热蒸汽
饱和蒸汽 高压水 低压水 一般生产用冷却水管 煤粉与空气混合物（水平管） （循环管） （直吹管） 乙炔 二氧化碳 泥浆管 收尘管
•
流体都是在管道或渠道中输送的。根据产生阻力的部位不同，把
阻力分为沿程阻力和局部阻力两类。
• 沿程阻力:产生于整个流动路程上，由于流体的粘性和流体质点之间 的互相碰撞而产生的阻力；
• 局部阻力：产生于管道中的管件，阀件，出入口等处，是由于这些
局部位置所造成的对流动的障碍或干扰而产生的附加阻力。
•
沿程阻力用沿程压头损失hL表示，局部阻力用局部压头 损失hM表示。单位为米流体柱或帕。因此，柏努利方程中的
流体力学第六章 流动阻力及能量损失
第六章流动阻力及能量损失
本章主要研究恒定流动时，流动阻力和水头损失的规律。对于粘性流体的两种流态——层流与紊流，通常可用下临界雷诺数来判别，它在管道与渠道内流动的阻力规律和水头损失的计算方法是不同的。对于流速，圆管层流为旋转抛物面分布，而圆管紊流的粘性底层为线性分布，紊流核心区为对数规律分布或指数规律分布。对于水头损失的计算，层流不用分区，而紊流通常需分为水力光滑管区、水力粗糙管区及过渡区来考虑。本章最后还阐述了有关的边界层、绕流阻力及紊流扩散等概念。
第一节流态判别
一、两种流态的运动特征
1883年英国物理学家雷诺（Reynolds O.）通过试验观察到液体中存在层流和紊流两种流态。
1.层流观看录像1-层流
层流（laminar flow），亦称片流：是指流体质点不相互混杂，流体作有序的成层流动。
特点：
（1）有序性。水流呈层状流动，各层的质点互不混掺，质点作有序的直线运动。
（2）粘性占主要作用，遵循牛顿内摩擦定律。
（3）能量损失与流速的一次方成正比。
（4）在流速较小且雷诺数Re较小时发生。
2.紊流观看录像2－紊流
紊流（turbulent flow），亦称湍流：是指局部速度、压力等力学量在时间和空间中发生不规则脉动的流体运动。
特点：
（1）无序性、随机性、有旋性、混掺性。
流体质点不再成层流动，而是呈现不规则紊动，流层间质点相互混掺，为无序的随机运动。
（2）紊流受粘性和紊动的共同作用。
（3）水头损失与流速的1.75~2次方成正比。
（4）在流速较大且雷诺数较大时发生。
二、雷诺实验
如图6-1所示，实验曲线分为三部分：
流体在管道中对流动规律——流动能量损失的确定.
湍流运动时阻力hf在形式上与层流相同。 层流时：
64 Re
过渡区 滞流区
湍流区
完全湍流，粗糙管
/d
光滑管 Re
摩擦系数与雷诺准数、相对粗糙度的关系
(双对数坐标)
上图可以分成4个不同区域。
层流区：
Re2000，=64/Re ，与/d无关。
过渡区：
2000 < Re < 4000
1．3．6 流体在管路中流动的能量损失
从讨论产生能量损失的原因及管内速度分布等入 手，学习能量损失的计算方法。
g ( z 2 z1 )
p2 p1
2 2 u2 u1 2
hf 0
一、流体阻力的产生原因
1．黏度 流体流动时产生内摩擦力的性质，称为粘性。流体 的黏性是流体流动时产生能力损失的根本原因 流体粘性越大，其流动性就越小。从桶底把一桶甘 油放完要比把一桶水放完慢得多，这是因为甘油流 动时内摩擦力比水大的缘故。 流体黏度的定义为：两层流体之间单位面积上的内磨 擦与速度梯度为之比，用符号μ表示，其单位是： Pa · s
流体在圆管内的速度分布
速度分布：流体流动时，管截面上质点的轴向速度沿半径的
变化。流动类型不同，速度分布规律亦不同。
流体在圆管中层流时的速度分布
由实验可以测得层流流动时的速度分布，如图所示。 速度分布为抛物线形状。 管中心的流速最大；
2-4液体在管道中的流动详解
第2章 第四节 液体在管道中的流动
2、非圆形断面管道的雷诺数
4vR
Re
R A
R—过流断面的水力半径，即液 流的有效过流面积A与其湿周 （有效断面的周界长度）之比。
二、液体在圆管中的层流流动及其沿程能量损失 1、圆管中的层流流动
第2章 第四节 液体在管道中的流动
过流断面上的流速及其分布规律
•在轴线上列力平衡方程
液体的流态及其实验装置
第2章 第四节 液体在管道中的流动
层流时，液体的流速较低，质点受粘性的约束，不 能随意运动，粘性力起主导作用；紊流时，液体的流速 较高，粘性的制约作用减弱，惯性力起主导作用。
2、圆形断面管道的雷诺数
Re
vd
vcr
Recr
Re Recr 层流 Re Recr 紊流
液流的雷诺数相同，其流动状态就相同
hl
gR 2
vd
d 2g
vd
d 2g
令 64
Re
hl
l d
v2 2g
沿程压力损失 p l
第2章 第四节 液体在管道中的流动
三、液体在圆管中的紊流流动及其沿程能量损失
第2章 第四节 液体在管道中的流动
• 紊流时，由于质点之间的碰撞形成涡流，其能量损失比 层流大。
• 影响紊流能量损失的因素有d、、、△等。
• 紊流的沿程能量损失和压力损失计算公式形式同层流一
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流体在管道中对流动规律——流动能量损失的确定流体流动时会产生能量损失，只有知道流体流动过程的能量损失，才能用柏努利方程解决流体输送中的实际问题。流体流动过程的能量损失一般简称为流体阻力。
一、流体阻力的产生原因
1．黏度
理想流体在流动时不会产生流体阻力，因为理想流体是没有黏性的，实际流体流动时会产生流体阻力，是因为实际流体有黏性。流体的黏性是流体流动时产生能力损失的根本原因，而流体层与层之间、流体和壁面之间的相对运动是产生内磨擦阻力，引起能量损失的必要条件。流体黏性的大小用黏度来表示，其数值越大，在同样的流动条件下，流体阻力就会越大。
流体黏度的定义为：两层流体之间单位面积上的内磨擦与速度梯度为之比，用符号μ表示，其单位是：Pa ·s
液体的黏度随温度升高减小，气体的黏度则随温度升高而增大。压力变化时，液体的黏度基本不变；气体的黏度随压力的增加而增加得很少，在一般工程计算中可忽略，只有在极高或极低的压力下，才需要考虑压力对气体黏度的影响。某些常用流体的黏度，可以从有关手册中查得。
流体流动时产生的能量损失除了与流体的黏性、流动距离有关外，还取决于管内流体的流速等因素。流速对能量损失的影响与流体在流道内的流动形态有关。
2．流体的流动型态
1883年著名的科学家雷诺用实验揭示了流体流动的两种截然不同的流动型态。
实验装置：图1-36，在1个透明的水箱内，水面下部安装1根带有喇叭形进口的玻璃管，管的下游装有阀门以便调节管内水的流速。水箱的液面依靠控制进水管的进水和水箱上部的溢流管出水维持不变。喇叭形进口处中心有一针形小管，有色液体由针管流出，有色液体的密度与水的密度几乎相同。
实验现象：
①当玻璃管内水的流速较小时,管中心有色液体不扩散，呈现一根平稳的细线流,沿玻璃管的轴线向前流动（如图1-36(a）所示）。
②随着水的流速增大至某个值后，有色液体的细线开始抖动，弯曲，呈现波浪形（如图1-36（b）所示）。
③速度增大到一定程度后，有色液体的细线扩散，使管内水的颜色均匀一致（如图1-36
（c ）所示）。
图1-36 雷诺实验示意图
通过雷诺实验可以看出流体流动有两种截然不同的类型。
层流：也称滞流，如图1-36（a ）。这种流动类型的特点是：流体的质点仅沿着与管轴线平行的方向作直线运动，质点无径向运动，质点之间互不相混，所以有色液体在管轴线方向成一条清晰的细直线。
湍流：也称为紊流，图1-36（c ）。这种流动类型的特点是：流体的质点除了管直线方向上的向前流动外，还有径向运动，各质点的速度在大小和方向上随时都有变化，即质点作不规则的杂乱运动，质点之间互相碰撞，产生大大小小的旋涡，所以管内的有色液体和管内的流体混合呈现出颜色均一的情况。
3．流体的流动类型的判断
工业生产中的管道一般是不透明的，那么该如何判断管内流体的流动形态呢？
对于管内流动的流体来说，雷诺通过大量的实验发现：流体在管内的流动状况不仅与流速u 有关，而且与管径d 、流体的黏度μ和流体的密度ρ也有关，同时管子长短、形状、以及其他外界因素也会产生影响。 在实验的基础上，雷诺将上述影响的因素利用因次分析法整理成μρ
du 的形式作为流型的判据。这种μρdu 的组合形式是一个无因次数，我们称之为雷诺准数，以符号Re 表示。 μρdu =
Re （1-22）
利用雷诺准数可以判断流体在圆形直管内流动时的流动型态。
当Re ≤2000时，流体总是作层流流动，称为层流区。
当2000 使用雷诺数时要注意以下问题： ①由于Re 中各物理量的单位，全部都可以消去，所以雷诺准数是一个没有单位的纯数值。在计算雷诺数的大小时，组成Re 的各个物理量，必须用一致的单位表示。对于一个具体的流动过程，无论采用何种单位制度，只要单位一致，所算出来的Re 都相等且无单位。 ②流动现象虽分为层流区、过渡区和湍流区，但流动型态只有层流和湍流两种。过渡区的流体实际上处于一种不稳定状态，它是层流还是湍流状态往往取决于外界干扰条件。如管壁粗糙，是否有外来震动等都可能导致湍动，所以将这一范围称之为不稳定的过渡区。 ③上述判据只适用于流体在长直圆管内的流动，例如在管道入口处，拐弯处或直径改变处不适用。 【例1-8】20℃的水在内径为50mm 的管内流动，流速为2m/s 。试计算雷诺数，并判别管中水的流动型态。 解 水在20℃时ρ=998.2kg/m3，μ=1.005mPa·s ；又管径d =0.05m ，流速u =2m/s 。则 3 10005.12.998205.0Re -⨯⨯⨯==μρdu =99300 Re >4000，所以管中水的流动型态为湍流。 4．层流与湍流的区别 ①流体内部质点的运动方式不同：流体在管内作层流流动时，其质点沿着与轴平行的方向作有规则的直线运动，质点之间互不混合。当流体在管内作湍流流动时，流体质点的运动速度在大小和方向上都随时在发生变化，于是质点间彼此互相混合，产生大大小小的旋涡。 ②流体流动的速度分布不同：在管道横截面上流体的质点流速是按一定规律分布的（如 图1-37所示）。在管壁处，流速为零，在管子中心处流速最大。层流时流体在导管内的流速沿导管直径依抛物面规律分布，平均流速为管中心流速的1/2。湍流时的速度分布图可看成是顶端被压成扁平状的抛物面。湍流程度愈高，曲线顶端愈平坦。湍流时的平均流速约为管中心流速的0.8倍。 图1-37速度分布与平均流速 ③流体在直管内的流动型态不同，系统产生的能量损失也不同：流体在直管内流动时，由于流型不同，则流动阻力所遵循的规律亦不相同。层流时，流动阻力来自流体本身所具有的黏性而引起的内摩擦。而湍流时，流动阻力除来自于流体的黏性而引起的内摩擦外，还由于流体内部充满了大大小小的旋涡。流体质点在漩涡内的不规则运动，消耗能量，产生了附加阻力。这阻力又称为湍流切应力，简称为湍流应力。所以湍流中的总摩擦应力等于黏性摩擦应力与湍流应力之和。 ④湍流时的层流内层和缓冲层：流体在圆管内呈湍流流动时，由于流体有黏性使管壁处的速度靠近管壁处的速度为零，那么邻近管壁处的流体受管壁处流体层的约束作用，其速度自然也很小，所以管壁附近一定厚度的流体层流速比较小，仍然为层流。我们把管壁附近作层流流动的流体薄层，称为层流内层或滞流底层（也称边界层），如图1-38所示。在层流内层和管中心湍流主体之间，还存在一个流动形态即不是层流也不是完全湍流的区域，这一区域称为缓冲层或过渡层。层流内层的厚度随Re数的增大而减薄。如在内径为100mm的光滑管内流动时，当Re=1×104时，其层流内层的厚度约为2mm；当Re=1×105时其层流内层的厚度约为0.3mm。层流内层的存在工业生产中的对传热和传质过程都有重要的影响。 图1-38层流底层示意图 二、流体阻力的计算 可以把流体在管路系统中流动时的流体阻力可分为直管阻力和局部阻力两部分。直管阻力是流体流经一定管径的直管时，由于流体的内摩擦而产生的能量损失。局部阻力是流体流经管路中的管件、阀门及截面的突然扩大和缩小等局部地方所引起的能量损失。 柏努利方程式的Σh f项是指所研究管路系统的总能量损失或称总阻力损失，它是管路