一、? 流體阻力

　　流體阻力成為化工生產管路堵塞、管系和罐(器)壁結垢積淀、甚至影響傳熱系數的主要原因之一。

　　實際流體流動時，會因為流體自身不同質點之間以及流體與管壁之間的相互摩擦而產生阻力，造成能量損失，這種在流體流動過程中因為克服阻力而消耗的能量叫流體阻力。從柏努利方程可以看出，只有在流體阻力大小已知的情況下，才能進行有關應用計算，不僅如此，流體阻力的大小關系到流體輸送的安全性。因此，了解流體阻力產生的原因及影響因素是十分重要的。

?　　二、 流體阻力產生的原因?

　　理想流體在流動時不會產生流體阻力，因為理想流體是沒有黏性的，實際流體流動時會產生流體阻力，因為實際流體具有黏性，因此，黏性是流體阻力產生的根本原因。黏度作為表征黏性大小的物理量，其值越大，說明在同樣的流動條件下，流體阻力就會越大，這已經被理論研究及實驗結果所證實。于是，不同流體在同一條管路中流動時，流體阻力的大小是不同的；但研究也發(fā)現，同一種液體在同一條管路中流動時，也能產生大小不同的流體阻力。因此，決定液體阻力大小的因素除了內因(黏性)和外因(流動的邊界條件)外，還取決于液體的流動狀況(流動形態(tài))。流體的流動是不是存在不同的形態(tài)呢?1883年，雷諾用實驗回答了這個問題。

　　三、? 流體的流動形態(tài)

　　(1)雷諾實驗? 圖5—19為雷諾實驗裝置示意圖，設圖中貯槽水位通過溢流保持恒定，高位槽內為有色液體，與高位槽相接的細管噴嘴保持水平，并與水平透明水管的中心線重合，實驗時，兩管內的流速可以通過閥門調節(jié)。

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　　打開水管上的控制閥，使水進行穩(wěn)定流動，將細管上的閥門也打開，使高位槽內的有色液體從噴嘴水平噴入水管中，改變水管內水的流速，可以發(fā)現三種不同的實驗結果，如圖5—20所示。當流速較低時，實驗結果如圖5—20(a)所示，有色液體呈一條直線在水管內流動；隨著水管內水的流速的增加，這條線開始變曲并抖動起來，像正弦曲線一樣，如圖5—20(b)所示；繼續(xù)增加水管內水的流速，當增加到某一流速時，有色墨水一離開噴嘴就立即與水混合均勻并充滿整個管截面，如圖5—20(c)所示。這說明，流體的流動形態(tài)是各不相同的，通常認為流體的流動形態(tài)有兩種(注意不是三種)，即層流與湍流。

　　層流? 如圖5—20(a)所示，流體是分層流動的，層與層之間是互不于擾的，或者說,流體質點是做直線運動的，不具有徑向的速度。由于該種情況主要發(fā)生在流速較小的時候，因此也稱滯流。流體在層流流動時，主要靠分子的熱運動傳遞動量、熱量和質量。在化工生產中，流體在毛細管內的流動、在多孑L介質中的流動、高黏度流體的流動等多屬于層流。

　　湍流? 也叫紊流，如圖5—20(c)所示，流體不再是分層流動的，其內部存在很多大小不同的旋渦，流體質點除具有整體向前的流速外，還具有徑向的速度，因此流體質點的運動是雜亂無章的，運動速度的大小與方向時刻都在發(fā)生變化。液體在湍流流動時，除靠分子的熱運動傳遞動量，熱量和質量外，還靠質點的隨機運動來傳遞動量、熱量和質量，而且后者的傳遞能力更強、更快。因此，化工生產中的多數流動均屬于湍流流動。

　　而圖5—20(b)所示的流動則可以看作是不完全的湍流，或不穩(wěn)定的層流，或者看作是兩者的共同貢獻，而不是一種獨立的運動形態(tài)。

　　燃燒理論以及燃燒導致爆炸事故的基本理論中，層流和湍流概念是十分重要的，層流燃燒和湍流燃燒是區(qū)分可燃氣體預混系燃燒形態(tài)的重要標志。

　　(2)流動形態(tài)的判定? 為了確定液體的流動形態(tài)，雷諾通過改變實驗介質、管材及管徑、流速等實驗條件，做了大量的實驗，并對實驗結果進行了歸納總結，稱為雷諾實驗。終于發(fā)現，流體的流動形態(tài)主要與流體的密度ρ、黏度μ、流速μ和管內徑d等4個因素有關，并可以用這4個因素組合而成的復合變量的值，即雷諾數Re的數值來判定流動形態(tài)。雷諾數的定義如下：

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　　雷諾數是一個無因次的量，稱為特征數。對于特征數來說，要采用同一單位制下的單位來計算，但無論采用哪種單位制，特征數的數值都是一樣的。

　　根據大量實驗的結果，當Re<2000時，流動總是層流；當Re>4000時，流動為穩(wěn)定的湍流；當Re＝2000～4000時，不能肯定流動是層流還是湍流，即可能是層流也可能是湍流，但如果是層流，也是很不穩(wěn)定的，流動條件的微小變化都可能使其轉化為湍流，通常稱為過渡流。另外，就湍流而言，Re越大，湍動程度越高，或者說流體質點運動的雜亂無章的程度越高。

　　流動形態(tài)的判定不僅關系流體流動的狀態(tài)，而且關系著流體在事故狀態(tài)下的燃燒、泄漏、擴散等問題。

　　(3)層流內層與流動主體? 化工生產中流體的流動多為湍流，但無論流體的湍動程度多高，由于流體與壁面間的摩擦作用，在靠近壁面的地方，總有一層流體在做層流流動。湍流流動的液體中，做層流流動的流體層稱為層流內層或層流底層或層流邊界層；而層流邊界層外的流體稱為流動主體或湍動主體。

　　必須指出，層流邊界層的存在，對流體的傳熱與傳質均有明顯的影響。