作直线运动，质点无径向脉动，质点之间互不混合； 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。
二、流型判据——雷诺准数
Re
du

无因次数群
*判断流型 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；
管截面上的平均速度 :
VS 1 u umax A 2
2、层流流动时的平均速度为管中心最大速度的1/2。
二、流体在圆管中湍流时的速度分布
r 湍 流 速 度 分 布 的 经 验 u r umax 1 R 式： V
.
n
一般流体输送情况下：
u
S
A
0.82u max
湍流流动时：
第四节
管内流体流动现象—管内流动阻力
本节内容提要 简要分析在微观尺度上流体流动的内部结构,为
流动阻力的计算奠定理论基础. 本节重点
（1） 两种流型的判据及本质区别；
Re的意义及特点。
（2） 层流和湍流的速度分布。 （3） 流动边界层概念。
流体的流动型态
一、两种流型——层流和湍流
雷诺实验
两种流动形态： 层流(或滞流)：流体质点仅沿着与管轴平行的方向
流动边界层：存在着较大速度梯度的流体层区 域，即流速降为主体流速的99％以内的区域。
边界层流型：层流边界层和湍流边界层。
层流边界层：在平板的前段，边界层内的流型为层流。
湍流边界层：离平板前沿一段距离后，边界层内的流型
转为湍流。
流体在圆管内流动时的边界层
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边界层的分离
B
A
S
边界层分离的后果： 产生大量旋涡；
速度随半径的变化关系。
理想流体速度分布:柱塞流 实际流体速度分布 一、层流时的速度分布
u＝ 管中心流速为最大，即r＝0时， . umax
.
.
u＝ 0 管壁处流体流速为零，即r＝R时，
r 2 ur umax 1 R 1、流体在圆形直管内 层流流动时，其速度呈抛物线分布， 截面上各点速度是轴对称的。
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。
三、Re的物理意义 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。
四、层流和湍流的比较 内部质点运动方式不同。层流流体质点作直线 运动，即流体分层运动；湍流流体在总体上沿管 道向前运动，同时还在各个方向作随机的脉动
造成较大的能量损失。
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流体流动现象小结
▲ 牛顿粘性定律是牛顿流体在作层流流动时的过 程特征方程。它虽然是一个简单的实验定律，但 在流体流动尤其是层流解析中具有重要作用。 ▲ 流体按其流动状态有层流与湍流两种流型，这 是有本质区别的流动现象。在流体流动、传热及 传质过程等工程计算中，往往必须先确定之。流 型判断依据是Re的数值。
▲ 层流速度分布的描述采用一般物理定律十过程 特征定则的方法，得到完全解析的结果。湍流时， 由于过程特征规律不确定，而使问题无法解析， 只有采用实验测定的方法。
层流内层：靠近管壁处的流体薄层，速度及其径向脉 动较小，保持层流流动（径向传递只能依赖分子运 动），称为层流内层。 Re越大，湍动程度越高，层流内层厚度越薄。
——层流内层为传递过程的主要阻力
流动边界层的基本概念
① 板面附近流速变化较大（存在速度梯度）的区域，称为流动边界层 （或简称边界层），流体阻力集中在此区域内。 ② 边界层以外流速基本不变（等于u∞）的区域称为主流区，此区内速度 梯度为零。 一般以主流流速的99%处作为两个区域的分界线，上图所示的虚线与平 板间的区域即为边界层区域。因此，边界层的内侧速度为零，而外侧速 度为0.99u∞。
0.0251103 998.2 Re 2.5 104 4000 故管中为湍流 1 1000 du
(2)保持层流需
Re
umax
dumax
2000 0.001 0.08m / s 0.025 99：流体在圆管内流动时,管截面上质点的
从输送流体的角度考虑：湍流增加了能量消耗， 输送流体时不宜采用太高的流速；但从传质和传 热的角度考虑，湍流时质点运动速度加大使层流 内层厚度减小，有利于加大传质和传热的传递速 率，所以在传质和传热过程中，往往在输送条件 的允许下尽可能提高流体的流速。
例 有一内径为25mm的水管，如管中流速为1.0m/s ，水温为 20 ℃。求：（ 1 ）管道中水的流动类型； （2）管道内水保持层流状态的最大流速。 解 (1)20℃水μ =1cP=10-3Pa· s，ρ =998.2kg/m3