液体流动的运动状态

液体在管路中流动时的压力损失和液体的运动状态有关，液体的流动存在着两种状态，即层流和紊流。液体流动时，究竟是层流还是紊流，要用雷诺数来判定。

1.层流和紊流

1）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。

2）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。

3）层流和紊流是两种不同性质的流态。

4）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。

5）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。液体的流动状态示意如图2-18所示。

图2-18 液体的流动状态示意图

a）层流 b）层流开始破坏 c）流动趋于紊流 d）紊流

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、圆截面管径d三个数所组成的一个称为雷诺数Re的无量纲数，即

式中 v——液流在导管截面中的平均速度（cm/s）；(www.xing528.com)

d——导管的内径（cm）；

ν——油液的运动粘度（沲，cm²/s）；

Q——液体通过导管的流量（l/m=16.67cm³/s）；

由式（2-35）可以看出：雷诺数Re为无量纲数。与流速v及管径d成正比，与运动粘度ν成反比。

1）临界雷诺数：当液流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。

2）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。

3）对于非圆截面管道来说，Re可用下式来计算

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。

4）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。几种形状管道的水利直径与下临界雷诺数见表2-4。

表2-4 几种形状管道的水利直径与下临界雷诺数

说明：均适用于满管流动