液体的流动状态及其特征

（1）层流和紊流

19 世纪末，雷诺首先通过实验观察了水在圆管内的流动状况，发现液体有层流和紊流两种流动状态，如图2.13 所示。层流时，液体质点互不干扰，液体的流动呈线性或层状，并且平行于管道轴线。而紊流时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，还存在剧烈的径向运动。

图2.13　流动状态示意图

层流和紊流流态性质不同。层流速度较低，质点受黏性制约，不能随意运动，黏性力起主导作用；紊流流速较高，黏性力减弱，惯性力起主导作用。层流或是紊流，可根据雷诺数来判定。

（2）雷诺数

实验表明，决定液体流动状态的雷诺数Re 是与管道内平均流速v、液体的运动黏度ν 和管径d 有关的无量纲数，即

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液流由层流变为紊流时的雷诺数与紊流变为层流的雷诺数是不相同的，后者较前者数值小，故将后者作为判断液体流动状态的依据，称为临界雷诺数Recr。

当液流的雷诺数小于临界雷诺数时，液流为层流；反之，为紊流。常见的液流管道内的临界雷诺数可由实验求得。

对非圆截面管道Re，可计算为

式中　R——通流截面的水力半径，其值等于液流的有效面积A 和湿周（有效截面的周界长度）χ 之比，即

水力半径的大小对管道的通流能力影响很大，水力半径大，液流和管壁的接触周长短，管壁对液流的阻力小，通流能力大。在面积相等但形状不同的所有通流面积中，圆管的水力半径最大。