一、  流体阻力

　　流体阻力成为化工生产管路堵塞、管系和罐(器)壁结垢积淀、甚至影响传热系数的主要原因之一。

　　实际流体流动时，会因为流体自身不同质点之间以及流体与管壁之间的相互摩擦而产生阻力，造成能量损失，这种在流体流动过程中因为克服阻力而消耗的能量叫流体阻力。从柏努利方程可以看出，只有在流体阻力大小已知的情况下，才能进行有关应用计算，不仅如此，流体阻力的大小关系到流体输送的安全性。因此，了解流体阻力产生的原因及影响因素是十分重要的。

 　　二、 流体阻力产生的原因 

　　理想流体在流动时不会产生流体阻力，因为理想流体是没有黏性的，实际流体流动时会产生流体阻力，因为实际流体具有黏性，因此，黏性是流体阻力产生的根本原因。黏度作为表征黏性大小的物理量，其值越大，说明在同样的流动条件下，流体阻力就会越大，这已经被理论研究及实验结果所证实。于是，不同流体在同一条管路中流动时，流体阻力的大小是不同的；但研究也发现，同一种液体在同一条管路中流动时，也能产生大小不同的流体阻力。因此，决定液体阻力大小的因素除了内因(黏性)和外因(流动的边界条件)外，还取决于液体的流动状况(流动形态)。流体的流动是不是存在不同的形态呢?1883年，雷诺用实验回答了这个问题。

　　三、  流体的流动形态

　　(1)雷诺实验  图5—19为雷诺实验装置示意图，设图中贮槽水位通过溢流保持恒定，高位槽内为有色液体，与高位槽相接的细管喷嘴保持水平，并与水平透明水管的中心线重合，实验时，两管内的流速可以通过阀门调节。

　　打开水管上的控制阀，使水进行稳定流动，将细管上的阀门也打开，使高位槽内的有色液体从喷嘴水平喷入水管中，改变水管内水的流速，可以发现三种不同的实验结果，如图5—20所示。当流速较低时，实验结果如图5—20(a)所示，有色液体呈一条直线在水管内流动；随着水管内水的流速的增加，这条线开始变曲并抖动起来，像正弦曲线一样，如图5—20(b)所示；继续增加水管内水的流速，当增加到某一流速时，有色墨水一离开喷嘴就立即与水混合均匀并充满整个管截面，如图5—20(c)所示。这说明，流体的流动形态是各不相同的，通常认为流体的流动形态有两种(注意不是三种)，即层流与湍流。

　　层流  如图5—20(a)所示，流体是分层流动的，层与层之间是互不于扰的，或者说,流体质点是做直线运动的，不具有径向的速度。由于该种情况主要发生在流速较小的时候，因此也称滞流。流体在层流流动时，主要靠分子的热运动传递动量、热量和质量。在化工生产中，流体在毛细管内的流动、在多孑L介质中的流动、高黏度流体的流动等多属于层流。

　　湍流  也叫紊流，如图5—20(c)所示，流体不再是分层流动的，其内部存在很多大小不同的旋涡，流体质点除具有整体向前的流速外，还具有径向的速度，因此流体质点的运动是杂乱无章的，运动速度的大小与方向时刻都在发生变化。液体在湍流流动时，除靠分子的热运动传递动量，热量和质量外，还靠质点的随机运动来传递动量、热量和质量，而且后者的传递能力更强、更快。因此，化工生产中的多数流动均属于湍流流动。

　　而图5—20(b)所示的流动则可以看作是不完全的湍流，或不稳定的层流，或者看作是两者的共同贡献，而不是一种独立的运动形态。

　　燃烧理论以及燃烧导致爆炸事故的基本理论中，层流和湍流概念是十分重要的，层流燃烧和湍流燃烧是区分可燃气体预混系燃烧形态的重要标志。

　　(2)流动形态的判定  为了确定液体的流动形态，雷诺通过改变实验介质、管材及管径、流速等实验条件，做了大量的实验，并对实验结果进行了归纳总结，称为雷诺实验。终于发现，流体的流动形态主要与流体的密度ρ、黏度µ、流速µ和管内径d等4个因素有关，并可以用这4个因素组合而成的复合变量的值，即雷诺数Re的数值来判定流动形态。雷诺数的定义如下：

　　雷诺数是一个无因次的量，称为特征数。对于特征数来说，要采用同一单位制下的单位来计算，但无论采用哪种单位制，特征数的数值都是一样的。

　　根据大量实验的结果，当Re<2000时，流动总是层流；当Re>4000时，流动为稳定的湍流；当Re＝2000～4000时，不能肯定流动是层流还是湍流，即可能是层流也可能是湍流，但如果是层流，也是很不稳定的，流动条件的微小变化都可能使其转化为湍流，通常称为过渡流。另外，就湍流而言，Re越大，湍动程度越高，或者说流体质点运动的杂乱无章的程度越高。

　　流动形态的判定不仅关系流体流动的状态，而且关系着流体在事故状态下的燃烧、泄漏、扩散等问题。

　　(3)层流内层与流动主体  化工生产中流体的流动多为湍流，但无论流体的湍动程度多高，由于流体与壁面间的摩擦作用，在靠近壁面的地方，总有一层流体在做层流流动。湍流流动的液体中，做层流流动的流体层称为层流内层或层流底层或层流边界层；而层流边界层外的流体称为流动主体或湍动主体。

　　必须指出，层流边界层的存在，对流体的传热与传质均有明显的影响。