流体的流动形态
流体的基本流型
流体的基本流型流体是指物质在外力作用下可以流动的状态，流体力学是研究流体运动规律的学科。
在流体力学中，基本流型是指流体在不同力场作用下的运动形态。
以下将介绍几种常见的基本流型。
1. 层流层流是指流体在无扰动的情况下，沿着平行的层面流动。
这种流动形态下，流体分子之间的相互作用力较大，流体流动的速度分布均匀，流线平行且不交叉。
层流常见于某些细小管道中，如毛细管、血管等。
层流的特点是流动稳定，流速慢而均匀。
2. 湍流湍流是指流体在扰动作用下，发生不规则、混乱的流动。
湍流时，流体分子之间的相互作用力较弱，流体流动具有高速、不规则和旋转的特点。
湍流常见于高速流动、复杂的几何结构中，如河流、风暴中的云团等。
湍流的特点是流动不稳定，流速快而不均匀。
3. 污染扩散污染扩散是指流体中的污染物质在流动过程中的传播和扩散现象。
在自然界和工业生产中，污染物质常常通过空气或水流动传播，形成不同的扩散模式。
扩散过程受到流体的运动方式、环境条件和污染物质的性质等因素的影响。
污染扩散的研究对环境保护和健康安全具有重要意义。
4. 旋涡旋涡是指流体中形成的旋转流动结构。
旋涡可由流体的转动或扰动引起，具有很强的旋转性质。
旋涡常见于自然界中的涡旋、漩涡、涡流等现象。
旋涡的形成与流体的速度分布、密度差异、摩擦力等因素密切相关，对气候、海洋、天气等的形成和演变起着重要作用。
5. 脉动脉动是指流体中的流速、压力等物理量在时间上的周期性变化。
脉动常见于管道、血液等流体系统中，是由外部扰动或系统内部不稳定性引起的。
脉动的研究对于理解流体运动的动态特性、流体力学的稳定性具有重要意义。
以上是几种常见的流体基本流型，每一种流型都有其独特的特点和应用领域。
通过对流体流动的研究，可以深入了解流体运动的规律，为工程设计、环境保护等领域提供科学依据。
流体力学的发展不仅推动了科学技术的进步，也为人类改善生活质量和保护环境提供了重要的支持。
让我们共同探索流体世界的奥秘，为人类的未来创造更美好的前景。
1.4 流体流动现象
4 边界层的概念
讨论 ⑴边界层分离的必要条件： 流体具有粘性； 流动过程中存在逆压梯度。 ⑵边界层分离的后果： 产生大量旋涡； 造成较大的能量损失。 ⑶流体沿着壁面流过时的阻力称为摩擦阻力。 由于固体表面形状而造成边界层分离所引起的能 量损耗称为形体阻力。 ⑷粘性流体绕过固体表面的阻力为摩擦阻力与形 体阻力之和这两者之和又称为局部阻力。
M L L3 L0 M 0 0 M L
Re ⑶Re准数是一个无因次的数群。
L
第1章 （第4节） 流体流动现象
1 流动类型与雷诺准数
⑷流体的流动类型可用雷诺数Re判断。
Re 2000时为层流
流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点无 径向脉动，质点之间互不混合,不碰撞。
1 流动类型与雷诺准数
⑵ 调节阀门开度， 使流量变大，细管 内有色液体成波浪 形。说明流体质点 除沿轴向流动外， 沿径向也运动。相 邻流体层之间混合， 碰撞。 （如动画）
第1章 （第4节） 流体流动现象
1 流动类型与雷诺准数
⑶调节阀门开度，使
流量再变大，细管内 有色液体细线便完全 消失，有色液体出细 管后完全散开，与水 混合在一起。说明流 体质点除沿轴向流动 外，还作不规则杂乱 运动。彼此之间混合， 碰撞。 （如动画）
齐齐哈尔大学
第1章 （第4节） 流体流动现象
1.4 流体流动现象
1 流动类型与雷诺准数
本节 讲授 内容
2 流体在圆形直管内速度分布 3 滞流与湍流的比较
4 边界层的概念
第1章 （第4节） 流体流动现象
流体力学与热工学基础4-2 流体流动的两种形态
❖ 问题设计： 1、什么是显名的雷诺试验，它说明什么问题？ 2、如何区别液体的流动是平稳的层流还是紊乱的湍流？
4-2 流体流动的两种形态
一、雷诺试验
流体流动的两 种形态
层流： 流速较小时，流
线沿流动方向相 互平行，呈分层 流动状态（无横 向运动）
紊流： 流速较大时，
流线相互混杂， 出现横向运动， 流层发生质量和 能量交换。
临界流速——流体运动状态发生改变的平均流速 上临界流速——层流变紊流的临界流速 下临界流速——紊流变层流的临界流速
二、流态判别准则
一般： vc vc'
对管流：vc , vc' f (d , v) ，写成无量纲形式：
Re c
vc d
——临界雷诺数。
流态判别准则——雷诺准则数Re 对管内流动： Re —Re—'c 紊23流20； Re R—e—c 层23流20；
对非圆形截管道，d取水力半径dH：
dH
4F S
F——过流断面面积；
S——过流断面上流体与固体壁面接触的长度。
对矩形截面管：
dH
4ab 2(a b)
2ab ab
Re的物理意义：
Re
vd
惯性力 粘滞力
流动状态
流动状态流体(气体和液体)的流动可分为三种形态：湍流、过渡流和层流。
湍流是指流体作杂乱无章的不规则运动，流线摆动频率及幅度的变化使得流量很难被精确测量。
湍流通常发生于流速较高和/或管径较大的管道中。
当流体中所含固体颗粒必须保持悬浮状态以防止颗粒物沉淀或阻塞管道时，即需要流体处于湍流流动状态。
过渡流介于层流和湍流之间，其边缘部分为层流流动，中间则为湍流流动。
与湍流一样，处于过渡流状态的流体流量很难测量。
层流通常发生在流速较低、管径较小的管道中。
其实，流体在管道中流过，与管道壁接触的最外层流线由于受粘度的影响根本不运动，与其相邻的内层流线摩擦力则小一些，作最缓慢的流动，以此类推，管道最中间的流线流速最大。
流动的概念雷诺数怎样来界定湍流、过渡流和层流？科学家Osborne Reynolds发现流体的流动状态与流体的密度、平均速度、管径大小及流体粘度有关。
该无量纲(没有单位)系数有助于预测流动状态的变化，简单来讲，雷诺数可定义为：密度×平均速度×管径 / 粘度一般雷诺数小于2000为层流，2000～4000为过渡流，大于4000为湍流。
从雷诺数等式中我们可以看到：粘度不变的情况下，减小密度、平均速度和/或管径，可使处于湍流流动的流体趋向于层流流动，也可通过保持密度、平均速度和管径不变的情况下增大流体粘度来实现。
反之则可使流体流动更趋向于湍流。
压损压损是指流量通过管道或通道时的压力损失。
如果您往一根长一英里的管道内吹气，在管道另一端可能什么都感觉不到，这就是由于压损的关系。
流体通过管道时，与管道壁之间产生的摩擦力以及流体本身微粒之间的摩擦力都会造成压力损失，压损与流体运动距离近似成正比。
质量流量 & 体积流量质量是一个常数，是指一个物体所含物质的量的多少。
体积是指物体所占空间的多少，物体体积随压力、温度和其它一些因素的变化而变化。
对流量来说，当处于室温且压力较低的情况下，质量流量和体积流量几乎完全相同，但会随着温度和/或压力改变而产生急剧变化，因为气体的体积直接受温度和压力的影响。
流体的基本流动形态
流体的基本流动形态流体的基本流动形态1. 引言流体是一种物质的形态，具有流动性和变形性。
它在自然界和工业生产中起着重要作用，对于我们理解和利用流体的基本流动形态有着重要意义。
本文将深入探讨流体的基本流动形态，并分享我对这个主题的观点和理解。
2. 流体的分类流体可以分为液体和气体两大类。
液体具有较高的密度和分子间的相互作用力，具有一定的体积和形状，而气体具有较低的密度和分子间的距离较大，没有固定的体积和形状。
3. 力和运动学在流体的基本流动形态中，力和运动学是两个重要方面。
流体的流动是由于受到压力或其他外力的作用而产生的，流体往往会按照压力梯度的方向从高压区域流向低压区域。
流体的流动还受到其自身黏性、浓度等因素的影响。
4. 流体的基本流动形态在流体的基本流动形态中，我们可以观察到几种常见的形态，包括层流、湍流和转捩流动。
4.1 层流层流是一种有序的流动形态，流体在管道中按照平行于管壁的方向分层流动。
在层流中，流体的速度分布呈现为一个连续的曲线，没有明显的湍流和乱流的表现。
层流通常出现在低速流动、低黏性流体以及较小直径管道中。
4.2 湍流湍流是流体中的一种无序流动形态，流体无规律地旋转和混合，形成不规则的涡旋和湍涡。
湍流的速度分布呈现为随机的起伏，湍流的特点是能量耗散和压力损失较大。
湍流通常出现在高速流动、高黏性流体以及较大直径管道中。
4.3 转捩流动转捩流动是介于层流和湍流之间的一种过渡流动形态。
当流体在流动过程中受到外界的干扰或流动条件发生变化时，层流可能会转变为湍流，这个过程被称为流体的转捩流动。
5. 流体的控制和应用了解流体的基本流动形态有助于我们对流体的控制和应用。
在流体控制方面，我们可以通过调整流体的流速、黏性等参数来控制流体的流动形态。
在应用方面，流体的基本流动形态可以应用于流体力学、液压机械、风力发电等领域。
6. 总结和回顾通过本文的探讨，我们了解了流体的基本流动形态，包括层流、湍流和转捩流动。
化工原理简答题
1.流体在管路中流动时，有几种流动形态？写出判断流型的具体依据。
两种流型：层流、湍流判断依据：Re=dup/u, Re<2000层流；Re>4000湍流；2000<Re<4000 过渡流2.什么是流体连续稳定流动？流体流动的连续性方程的意义如何？流体连续稳定流动是指流体在流动时，流体质点连续的充满其所在空间，流体在任意截面上的流动的流速、压强和密度等物理量不随时间而变化。
流体流动的连续性方程是流体流动过程的基本规律，它是根据质量守恒定律建立起的，连续性方程可以解决流体的流速、管径的计算选择，及其控制。
3.流体粘度的意义是什么？流体粘度对流体流动有什么影响？流体粘度是衡量流体粘性大小的物理量。
它的意义是相邻流体层在单位接触面积上，速度梯度为1时，内摩擦力大小。
流体粘度在相同条件下，流体的粘度越大，所产生的粘性也越大，液体阻力也越大。
4.离心泵起动时，为什么要把出口阀关闭？离心泵工作时，其轴功率Ne随着流量增大而增大，所以泵起动时，应把出口阀关闭，以降低起动功率，保护电机，不至于超负荷而受到损失，同时也避免出口管线的水力冲击。
5.何谓离心泵的气缚和气蚀现象，它们对离心泵的操作有何危害，应如何防止？气缚由于泵内存有气体，启动泵后出现吸不上液体的现象，称气缚现象。
气缚现象发生后，泵无液体排出，无噪音，振动。
为防止气缚现象发生，启动前应灌满液体。
气蚀由于泵的吸上高度过高，使泵内压力等于或者低于输送液体温度下的饱和蒸汽压时，液体气化，气泡形成，破裂等过程中引起的剥蚀现象，称气蚀现象，气蚀发生时液体因冲击而产生噪音，振动、使流量减少，甚至无液体排出。
为防止气蚀现象发生；泵的实际安装高度应不高于允许吸上高度。
6.试比较离心泵和往复泵的工作原理，适用范围和操作上有何异同？工作原理：离心泵依靠旋转叶轮产生离心力，使其叶轮间形成负压，在大气压或吸入槽面压力作用下吸入液体，与此同时，被叶轮甩出的液体获得了较高的静压能及动能，再经逐渐扩大流道使部分动能转化为静压能，在出口处静压能达最大而将液体排出泵外。
流体流动形态实验报告
一、实验目的本次实验旨在通过观察和分析流体在不同条件下的流动形态，了解层流、湍流和过渡流的特点，掌握判断流体流动形态的方法，并验证雷诺数在判断流体流动形态中的作用。
二、实验原理流体在管道中的流动形态分为层流、湍流和过渡流三种。
层流是指流体流动时，各层之间没有横向混合，流体质点沿直线运动；湍流是指流体流动时，各层之间发生横向混合，流体质点运动速度和方向不断变化；过渡流是指层流和湍流之间的不稳定流动状态。
雷诺数（Re）是判断流体流动形态的重要参数，其计算公式为：Re = (ρ v d) / μ其中，ρ为流体密度，v为流体流速，d为管道直径，μ为流体动力粘度。
当Re < 2000时，流体呈层流；当2000 < Re < 4000时，流体呈过渡流；当Re > 4000时，流体呈湍流。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：流体流动形态实验装置、流量计、压差计、计时器、秒表、温度计、水表等。
2. 实验材料：清水、空气、油等。
四、实验步骤1. 将实验装置连接好，确保管道密封性良好。
2. 打开水源，调节流量，使流体在管道中流动。
3. 使用流量计和压差计测量流体流速和压差。
4. 根据测量结果计算雷诺数。
5. 观察流体流动形态，判断其属于层流、湍流还是过渡流。
6. 重复步骤2-5，分别改变流量、温度、管道直径等条件，观察流体流动形态的变化。
五、实验结果与分析1. 在低流速、小直径管道中，流体呈层流。
此时，流体质点沿直线运动，各层之间没有横向混合。
2. 在高流速、大直径管道中，流体呈湍流。
此时，流体质点运动速度和方向不断变化，各层之间发生横向混合。
3. 在中等流速、中等直径管道中，流体呈过渡流。
此时，流体流动形态不稳定，介于层流和湍流之间。
通过实验，验证了雷诺数在判断流体流动形态中的作用。
当雷诺数小于2000时，流体呈层流；当雷诺数大于4000时，流体呈湍流；当雷诺数介于2000和4000之间时，流体呈过渡流。
第四章 层流流动与湍流流动
第四章层流流动及湍流流动由于实际流体有粘性，在流动时呈现两种不同的流动形态：层流流动及湍流流动，并在流动过程中产生阻力。
对可压缩流体，阻力使流体受压缩。
对不可压缩流体，阻力使流体的一部分机械能转化为热能散失，这个转变过程不可逆。
散失的热量称为能量损失。
单位质量（或单位体积）流体的能量损失，称为水头损失（或压力损失），并以h w（或Δp）表示。
本章首先讨论流体的流动状态，再对粘性流体在两种流动状态下的能量损失进行分析。
第一节流动状态及阻力分类一、流体的流动状态1．雷诺试验：1882年雷诺作了如教材45页图4-1所示的流体流动形态试验。
试验装置：在圆管的中心用细玻璃管向圆管的水流中引入红色液体的细流。
试验情况：（1）当水的流速较小时（图4-1a），红色液体细流不与周围水混和，自己保持直线形状与水一起向前流动。
（2）如把水的流速逐渐增大，至一定程度时，红色细流便开始上下振荡，呈波浪形弯曲（如图4-1b）。
（3）当再把水流速度增大，红色细流的振荡加剧，至水的流速增大至某一速度后，圆管中红色细流消失，红色液体混入整个圆管的水中（如图4-1c）。
试验的三种不同状况说明：（1）对（图4-1a）所示，表明水的质点只有向前流动的位移，没有垂直水流方向的移动，即各层水的质点不相互混和，都是平行地移动的，这种流动称为层流；（2）对（图4-1b）所示，说明流动的水质点已开始有垂直水流方向的位移，离开圆管轴线较远的部位水的质点仍保持平行流动的状态；（3）对（图4-1c）所示，说明流动中水的质点运动已变得杂乱无章，各层水相互干扰，这种流动形态称为紊流或湍流。
2．雷诺数：流体之所以出现不同的流动形态，主要由流体质点流动时其本身所具有的惯性力和所受的粘性力的数值比例决定。
惯性力相对较大时，流体趋向于作紊流式的流动；粘性力则起限制流体质点作纵向脉动的作用，遏止紊流的出现。
雷诺根据此原理提出了一个判定流体流动状态的无量纲参数——雷诺数（Re）：对在圆管中流动的流体而言，雷诺数的表现形式为v：圆管内流体的平均流速（m/s）；ε：动力粘度（Pa·s）。
雷诺流动形态实验报告
一、实验目的1. 观察流体流动过程中不同的流动形态及其变化过程；2. 测定流动形态变化时的临界雷诺数；3. 理解雷诺数与层流、湍流的关系；4. 掌握实验数据处理方法。
二、实验原理雷诺实验揭示了流体流动的两种基本形态：层流和湍流。
层流是指流体在管道内流动时，流体质点沿直线运动，彼此之间无宏观混合。
湍流则是指流体流动时，流体质点之间发生宏观混合，流速不均匀，产生涡流。
雷诺数（Re）是判断流体流动形态的无量纲数，其计算公式为：Re = ρvd/μ，其中ρ为流体密度，v为流体流速，d为管道直径，μ为流体粘度。
当Re较小时，流体流动为层流；当Re较大时，流体流动为湍流。
临界雷诺数是层流与湍流转变的界限。
三、实验仪器与材料1. 实验装置：自循环雷诺实验装置（包括供水器、实验台、可控硅无级调速器、恒压水箱、有色水水管、稳水隔板、溢流板、实验管道、实验流量调节阀等）；2. 实验材料：有色水、清水、压差计、计时器等。
四、实验步骤1. 调整实验装置，确保供水稳定，管道内无气泡；2. 开启供水器，调整流量，使管道内流速逐渐增大；3. 观察有色水在管道内的流动形态，记录下层流、湍流及临界雷诺数；4. 使用压差计测量管道两端的水头差，计算沿程水头损失；5. 记录实验数据，进行数据处理。
五、实验结果与分析1. 观察到当流速较小时，管道内流体质点沿直线运动，颜色均匀，无涡流，为层流；2. 随着流速增大，流体质点开始发生宏观混合，颜色逐渐变淡，出现涡流，为湍流；3. 通过实验，测得临界雷诺数为2000；4. 根据实验数据，绘制沿程水头损失与断面平均流速的关系曲线，分析层流、湍流及临界雷诺数的关系。
六、实验结论1. 雷诺实验验证了流体流动的两种基本形态：层流和湍流；2. 临界雷诺数是层流与湍流转变的界限，本实验测得临界雷诺数为2000；3. 雷诺数与流体流动形态密切相关，当雷诺数较小时，流体流动为层流；当雷诺数较大时，流体流动为湍流。
化工原理实验思考题参考答案
化工原理实验思考题参考答案The document was finally revised on 2021实验一：流体流动形态的观察与测定1、影响流体流动型态的因素有哪些主要有流体的物理性质如密度、粘度、流速和流体的温度，管子的直径、形状和粗糙度等。
2、如果管子不是透明的，不能直接观察来判断管中的流体流动型态，你认为可以用什么办法来判断可通过测试流体的流量求出其平均流速，然后求出Re，根据Re的大小范围来判断。
3、有人说可以只用流速来判断管中流体流动型态，流速低于某一具体数值时是层流，否则是湍流，你认为这种看法对否在什么条件下可以由流速的数值来判断流动型态这种看法不确切，因为只有管子的尺寸和流体的基本形状确定不变的情况下，此时Re的大小只与流速有关，可以直接采用流速来判断。
实验二柏努利方程实验1、关闭阀A，各测压管旋转时，液位高度有无变化这一现象说明什么这一高度的物理意义又是什么关闭阀A，各测压管旋转时，液位高度无变化；液位高度代表各测压点的总能量，即位压头、静压头之和，这一现象说明，流速为0，各点总能量不变，守恒.2、点4的静压头为什么比点3大？点3的位置较点4高一些，即H3位>H4位,两点的总压头相等, H3静<H4静3、在测压孔正对水流方向时，各测压管的液位高度的物理意义是什么？流体流动时的总压头=静压头＋动压头＋位压头4、为什么对同一点H>H'为什么距离水槽越远，（H－H'）的差值越大这一差值的物理意义是什么H 代表阀门关闭时（u=0）时的液位高度，即为该测压点的总压头，为高位槽的高度H0（基准面的总压头），H’为阀门打开时（u>0）时测压孔正对水流方向的液位高度，H‘=静压头＋动压头＋位压头，由于流体的流动产生一定的阻力损失H f ，造成总压头的降低，因此H >H’。
H-H ’=H f ，即为损失压头，阻力损失与管子的长度成正比，因此距离水槽越远，（H －H '）的差值越大。
判断流体流动形态的参数
判断流体流动形态的参数一、雷诺数（Reynolds number）雷诺数是流体力学中常用的一个无量纲参数，用来描述流体在流动过程中惯性力与黏性力之间的相对作用大小。
它的计算公式为Re = ρvL/μ，其中ρ为流体密度，v为流体流速，L为特征长度，μ为流体动力粘度。
当雷诺数小于一定阈值时，流动形态会呈现层流状态；当雷诺数超过一定阈值时，流动形态会由层流转变为湍流。
通过测量流体的密度、流速、特征长度和动力粘度，可以判断流体流动形态的转变。
二、马赫数（Mach number）马赫数是流体力学中用来描述流体流动速度与声速之比的无量纲参数。
它的计算公式为Ma = v/c，其中v为流体流速，c为流体中的声速。
当马赫数小于一时，流动形态为亚音速流动；当马赫数接近或超过一时，流动形态为超音速流动。
通过测量流体的流速和流体中的声速，可以判断流体流动形态的变化。
三、流动的压力梯度（Pressure gradient）流动的压力梯度是指单位长度内流体压力的变化率。
在层流状态下，流体的压力梯度会导致流体流速的变化，但不会引起流动形态的改变；而在湍流状态下，流体的压力梯度会导致流动形态的剧烈扰动，使流体呈现无规则的涡旋结构。
通过测量流体压力的变化，可以判断流体流动形态的转变。
四、雷诺剪切应力（Reynolds shear stress）雷诺剪切应力是指在湍流状态下流体流动时，由于流体的不规则运动而引起的剪切应力。
该剪切应力会使流体流动形态变得复杂，产生各种涡旋结构和湍流尺度。
通过测量流体中的雷诺剪切应力，可以判断流体流动形态是否为湍流。
五、流动的能量损失（Energy loss）流动的能量损失是指流体在流动过程中由于黏性耗散等因素而损失的能量。
在层流状态下，由于黏性耗散较小，流动的能量损失也相对较小；而在湍流状态下，由于湍流的剧烈扰动，流动的能量损失较大。
通过测量流体流动过程中的能量损失，可以判断流体流动形态的转变。
六、流动的噪声特性（Noise characteristics）流动的噪声特性是指流体在流动过程中产生的噪声。
流体形态
r 湍流速度分布的经验式：ur umax 1 R n与Re有关，取值如下：
4 10 Re 1.1 10 ,
4 5
n
1.1 105 Re 3.2 106 , Re 3.2 106
1 n 6 1 n 7 1 n 10
2 直圆管内流体的流动
如图所示，滞流时流速沿管径呈抛物线分布，管 中心处流速最大，管截面各点速度的平均值为管中心 处最大速度的0.5倍，即 u 0.5umax ； 湍流时，流体质点强烈湍动有利于交换能量，使得管 截面靠中心部分速度分布比较均匀流速分布曲线前沿 平坦，湍流的流速分布曲线与雷诺数大小有关，湍流 的平均速度约为最大速度的0.8倍，即 u 0.8umax ；
A B
BC
u增加至u B、p A减小至pB、p / x 0
uB减小至uC、pB增加至pC、p / x 0
顺压梯度 逆压梯度
C点：流体质点在逆压梯度和黏性剪应力的作用下，速度降 为0。 CC ’ 以下：边界层脱离固体壁面，而后倒流回来，形成涡 流，出现边界层分离。
边界层分离的必要条件： 流体具有粘性；
r R, ur 0
1 du r (p1 p 2 )rdr 2L
p1 p 2 2 2 ur (R r ) 4L
ur ＝umax 管中心流速为最大，即r＝0时， ( p1 p2 ) 2 umax R 4l r 2 u r umax 1 R
②滞流时的摩擦阻力系数 如图所示，选管中心至管壁的任一 r 处的流体圆筒， 管长为 l，则截面积为 πr2，滑动表面积为 2 πrl。取微 分距离dr, 滑动摩擦阻力为： du du F A 2rl dy dr 要克服 F 而使流体流动，流体必须接受与其大小相等、 方向相反的推动力-(p1-p2)πr2，即有 -(p1-p2 )πr2=μ2πrl
流体力学
2.1 流体流动形态与雷诺数的测定一、实验目的1.了解流体的流动型态，观察实际的流线形状，判断其流动类型；2.熟悉雷诺准数的测定和计算方法；3.确立“层流和湍流与Re 之间有一定关系”的概念； 二、基本原理流体流动有两种不同型态，即层流（滞流）和湍流（紊流）。
流体作层流流动时，其流体质点作平行于管轴的直线运动，湍流时质点在沿管轴流动的同时还作杂乱无章的随机运动。
雷诺数是判断流动型态的准数。
若流体在圆管内流动，则雷诺数可用下式表示：μρdu =Re （2-1）式中：d ——圆管内径，m ； u —— 流速，m/s ；ρ—— 流体密度，kg/m 3； μ——流体粘度，Pa ·s 。
层流转变为湍流时的雷诺数称为临界雷诺数，用Re c 表示。
工程上一般认为，流体在直圆管内流动时，当Re<2000时为层流；当Re>4000时，圆管内已形成湍流；当Re 在2000至4000范围内，流动处于一种过渡状态，可能是层流，也可能是湍流，或者是二者交替出现，这要视外界干扰而定，一般称这一Re 数范围为过渡区。
式（1－1）表明，对于一定温度的流体，在特定的圆管内流动，雷诺准数仅与流体流速有关。
本实验即是通过改变流体在管内的速度，观察在不同雷诺准数下流体的流动型态。
三、实验装置及流程实验装置如图1－1所示。
主要由玻璃试验导管、流量计、流量调节阀、低位贮水槽、循环水泵、稳压溢流水槽等部分组成，演示主管路为220⨯φmm 硬质玻璃。
1－红墨水储槽；2－溢流稳压槽；3－实验管；4－转子流量计；5－循环泵；6－上水管；7－溢流回水管；8－调节阀；9－储水槽；63789图2－1 流体流型演示实验实验前，先将水充满低位贮水槽，关闭流量计后的调节阀，然后启动循环水泵。
待水充满稳压溢流水槽后，开启流量计后的调节阀。
水由稳压溢流水槽流经缓冲槽、试验导管和流量计，最后流回低位贮水槽。
水流量的大小，可由流量计和调节阀调节。
第六讲 流体的流动形态及速度分布
第六讲流体的流动形态及速度分布【学习要求】1．掌握流体的流动形态及其判据。
2．掌握雷诺数及其计算。
3．理解流体在圆管内流动时的速度分布规律。
4．理解滞流内层的概念。
【预习内容】1．流体流动时产生流动阻力的主要原因是，其次是。
另外、和均对流动阻力的大小有影响。
2．式称为牛顿粘性定律。
它的物理意义是。
3．粘度是流体的物理性质之一，是衡量的物理量，其物理意义是。
粘度在SI制中的单位为。
4．气体的粘度随温度的升高而，液体的粘度随温度的升高而。
【学习内容】一、流体的流动形态1．流体流动时的两种流动形态（1）滞流流体质点只沿管轴的方向做运动。
（2）湍流流体质点除了沿管轴向前流动外，还做不规则的运动，2．影响流动形态的因素除了流速u能影响流体的流动状况外，还有、和。
雷诺将这些影响因素综合成的形式作为流动类型的判据，我们称之为，以符号表示。
3．流动形态的判据实验证明：当Re 时，流动类型为滞流；当Re 时，流动类型为湍流；当Re ，流体的流动处于状况。
二、流体在圆管内流动时的速度分布1．速度分布规律流体在圆管内流动时，无论是滞流还是湍流，在管道任一截面各点的速度均随而变，管壁处速度为零，离开管壁后，到管中心处，这种变化关系称为速度分布。
2．滞流和湍流的速度分布滞流时，管内流体质点只沿管轴做运动，速度分布曲线呈形，平均流速为管中心最大流速的倍；湍流时，流体质点除了做轴向运动外，还做复杂的运动，速度分布曲线为形，平均流速约为管中心最大流速的倍。
三、湍流时滞流内层当流体在圆管内呈湍流流动时，无论湍流的程度如何，在邻近管壁处，总存在着一定厚度的仍然作滞流流动的流体层，我们称之为或。
其厚度随Re增大而。
【典型例题】例1 流体的流动状况有哪两种？它们有何不同？例2 20℃的水在φ114×4mm的有缝钢管内流动，流速为2m／s，试计算雷诺数Re并判断其流动类型。
(水在20℃时的密度为998.2kg／m3，粘度为1.005mPa·S)例3 某小时有16200kg的25%氯化钠水溶液在φ50×3mm的钢管中流过，已知水溶液的密度为1186Kg／m3、粘度为2.3×10-3Pa·S，试分别用SI制和CGS制计算雷诺数，并说明流体流动的类型，再计算滞流时的最大流速为若干m／s ?【随堂练习】一、选择题1．流体在直管中流动，当Re（）4000时，流体的流动类型湍流。
理想流体、稳定流动、粘性流体
两边同除以 ΔV 得
1 2 1 2 P v1 gh1 P2 v2 gh2 1 2 2
或
1 2 P v gh 常量 2
-------理想流体的伯努利方程
1 2 v ——单位体积流体动能 2
gh
——单位体积流体势能
理想流体作稳定流动时，同一流管的不同截面处，单位体积 流体的动能、势能、与该处压强之和都相等。
h — —水头
4、特例
A、流体在水平管中流动或者可以忽略高度差（h1 = h2 ）， 则流体的势能在流动过程中不变，故
P v 常量
1 2 2
V小→P大 ； V大→P小
B、对于等粗管（v1 = v2 ），又有
P gh 常量
h小→P大 ； h大→P小
思考1：为何乒乓球掉不下来？ 思考2：为何纸向中间靠拢？
s1
v1
说明： 流体作稳定流动时，流管内外流体都不会 穿越管壁。
三、连续性方程
稳定流动的 不可压缩液体
如图，在稳定流动的流场中任取一段细流管，任一横 截面上各点物理量可看作是均匀的。
1
2
Δt 时间内通过 S1 进入流管段的流体质量为
m1 1S1v1t
同一 时间内通过 S2 流出流管段的流体质量为
由上两式可得
S1
h
汾丘里流量计
v1 S 2
2 P 2 gh 1P 2 2 2 S2 2 2 S1 S 2 S1 S 2
S2
水平放置
压强差
P 1P 2 gh
2 gh 2 2 S1 S 2
流量 Q S1v1 S1S 2
2、流速计
皮托管是用来测量液体或气体 流速的装置。 直管下端c处流速不变，弯管 下端d处流体受阻，形成速度 为零的“滞止区”，于是
流体的流动特性
流体的流动特性引言流体的流动特性是研究流体运动规律的重要内容。
流体力学是物理学中的一个重要分支，它研究的对象是液体和气体在外力作用下的运动规律以及与之相关的物理量。
了解流体的流动特性对于许多领域的研究和应用具有重要意义，例如工程、气候学、生物医学等。
流体的流动类型流体的流动可以分为稳定流动和非稳定流动两种类型。
1.稳定流动：稳定流动是指流体在一定条件下，流动速度和流动方向均保持不变的流动状态。
在稳定流动中，流体的流线、速度分布和压力分布均保持稳定。
2.非稳定流动：非稳定流动是指流体在某些条件下，流动速度和流动方向会发生变化的流动状态。
非稳定流动通常具有周期性和随机性，不同条件下的非稳定流动状况差异较大。
流体的运动方程流体的运动可以通过流体的运动方程来描述。
流体的运动方程包括连续性方程、动量方程和能量方程。
1.连续性方程：连续性方程是指流体在运动过程中，质量的守恒关系。
根据连续性方程可以得到质量守恒的微分形式和积分形式。
2.动量方程：动量方程描述了流体在外力作用下运动状态的变化。
动量方程可以分为欧拉方程和纳维-斯托克斯方程两种形式。
3.能量方程：能量方程描述了流体在运动中的能量变化情况，包括内能、动能和压力能等。
流体的流动特性参数为了描述流体的流动特性，我们需要引入一些参数来量化流体的流动行为。
1.流速：流速是流体单位时间内通过单位面积的体积。
流速是描述流体流动快慢的重要参量，常用的单位有米/秒、升/秒等。
2.流量：流量是流体单位时间内通过某个截面的体积。
流量可以用来衡量流体在垂直截面上的传递情况。
3.粘度：粘度是流体内部分子间相互作用力引起的阻碍流体流动的特性。
粘度决定了流体的黏稠程度，常用的单位有帕斯卡秒（Pa•s）。
4.层流和湍流：层流是指流体沿着平行的流线有序地流动的状态，湍流是指流体运动中出现的涡旋和紊乱的流动状态。
5.雷诺数：雷诺数是用来描述流体流动状态的一个重要无量纲参数。
它是流体的惯性力和粘性力的比值，能够判断流体流动的稳定性和湍流的发生。
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一、雷诺实验 1）实验装置
2）实验现象
3）实验结论 （a）-----层流（或滞流）：流体质点仅沿着与管 轴平行的方向作直线运动，质点无径向脉动，质点
之间互不混合；
（b）----过渡流 ：流体流动由层流转变为湍流并 不是突然发生而是经过一个过渡阶段，在此阶段的 流动称为过渡流 。 （c）----湍流（或紊流） ：流体质点除了沿管轴 方向向前流动外，还有径向脉动，各质点的速度在 大小和方向上都随时变化，质点互相碰撞和混合。
练习：
10℃的水在内径为25㎜ 的钢管中流动， 流速为1m/s，计算Ｒe并判定其流动类型。 （已知水的黏度为1.79×10-3 Pa· s，密度为 999.9 ㎏／m³ ）。
小结：
1）流体的流动类型：滞流、湍流和过度流
2）流体流动类型的判据据--Re ＞ 4000 湍流或紊流 2000 < Re <4000 过渡流
二、流型判据——雷诺准数
Re
1. 判断流型
du
Re≤2000时，流动为层流，此区称为层流区；
Re≥4000时，一般出现湍流，此区称为湍流区；
2000< Re <4000 时，流动可能是层流，也可能是湍流，该 区称为不稳定的过渡区。 2.物理意义 Re反映了流体流动中惯性力与粘性力的对比关系，标志 着流体流动的湍动程度。