1
第三讲：
流体及其主要性质
流体运动的基本特性
一、本课的基本要求
⒈ 理解流体上的作用力、能量、动量之间的关系。
⒉ 了解流体流动的分类。
⒊ 掌握层流、紊流、雷诺准数的表达式及物理意义
⒋ 了解紊流特征。
第一章 动量传输
2
二、本课的重点、难点：
重点：流体流动的两种状态。
难点：层流、紊流的理解。
第一章 动量传输
3
1.1.3 流体上的作用力、能量、动量
作用力：表面力 (作用在流体表面上，且与表面积成比例的力 )
和体积力 (作用在流体内部质点上，与流体质量成比例的力 )
第一章 动量传输
?
?
?
???
?
。、、
。
。
。，
电磁力等惯性力重力质量力体积力
运动、流层间有速度差作用方向与表面平行，粘性力切应力
，指向作用面，标量作用方向与作用面垂直特征
静压力运动静止流体压强压力
:)(
:)(
:
:)(
能量
?
?
?
???
?
=××
PV
mw2
1
mgh
32
静压能：
动能：
位能：
PammNVmN
4
由以上分析可知：
⑴ mw/A?? = 作用力 /A = 能量 /V
⑵ 作用力、能量、动量是同类物理量的不同表现形式。相互平衡、传递
及转换，流体的动量传输也就是力、能的平衡与转换的过程。
第一章 动量传输
动量 PasmsN =×× 2?×× AsNmw
5
§ 1.2 流体运动的基本特征
流体的运动特性，主要是指流体在流动条件下，其所具有的相关物理量在
空间和时间上的变化特性 — 流场特征。
1.2.1 流体流动的分类
1.2.2 流体流动的两种状态
⒈ 流动状态
层流：所有流体质点只作沿同一方向的直线运动，无横向运动。 如国庆大阅兵 。
紊流：流体质点作复杂的无规则运动 (湍流 )。 如自由市场 。
从层流到紊流之间，一般称为过渡状态。
第一章 动量传输
??
?
)。(如风机、泵、喷射器等强制流动：流体因外力 作用
自然流动：密度不同产 生浮力。
6
实验观察,图 1-2-1 P11
第一章 动量传输
7
在实验的基础上，雷诺提出了确定两种状态相互转变的条件，雷诺准数 Re
临界雷诺准数为 Rec：流体流动从一种状态转变为另一种状态的雷诺准数 Re。
层流 ?紊流 Rec上 =13800；紊流 ?层流 Rec下 =2300。
一般取 Rec = 2300。
?有利于紊流的形成。
?
?
?
?
???
)(
)()()(
m
r
粘度
、管径、密度流速 dw
??
??
?
<<
>
<
时，为过渡状态当
时，为紊流状态当
时，为层流状态当
上下
上
下
cc
c
c
ReReRe
ReRe
ReRe
粘性力
惯性力===
nm
r wdwdRe
第一章 动量传输
8
⒉ 管流速度分布
层流：抛物线分布。
紊流：速度分布与 Re有关。
⒊ 紊流特征
。
第一章 动量传输
、紊流流动时仅考虑时均速度,
补充例题, 流动状态的判断。
脉动 0w y =?0w x =? 0wz =?
ywxw zw
9
第一章 动量传输
设水及空气分别在内径 d=80㎜ 的管中流过，两者的平均流速相同，
均为 W=0.3m/s，已知水及空气的动力粘度各为 μ水 =0.0015kg/m.s,μ空气
=17× 10-6 kg/m.s又知水及空气的密度各为 ρ水 =1000kg/m3
ρ空气 =1.293kg/m3，试判断两种流体的流动状态。
解：按（ 1-2-1）式计算
空气的 Re数：
{Re<Rec 层流 Re>Rec 紊流 }
层流23001825
1017
.03.0293.1Re
6
<=
×
××=
-
08
2300160000015.0 08.03.01000wdRe >=××=mr= 紊流
得：水的 Re数：
10
作业,
P112 16
第一章 动量传输
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第三讲：
流体及其主要性质
流体运动的基本特性
一、本课的基本要求
⒈ 理解流体上的作用力、能量、动量之间的关系。
⒉ 了解流体流动的分类。
⒊ 掌握层流、紊流、雷诺准数的表达式及物理意义
⒋ 了解紊流特征。
第一章 动量传输
2
二、本课的重点、难点：
重点：流体流动的两种状态。
难点：层流、紊流的理解。
第一章 动量传输
3
1.1.3 流体上的作用力、能量、动量
作用力：表面力 (作用在流体表面上，且与表面积成比例的力 )
和体积力 (作用在流体内部质点上，与流体质量成比例的力 )
第一章 动量传输
?
?
?
???
?
。、、
。
。
。，
电磁力等惯性力重力质量力体积力
运动、流层间有速度差作用方向与表面平行，粘性力切应力
，指向作用面，标量作用方向与作用面垂直特征
静压力运动静止流体压强压力
:)(
:)(
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能量
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=××
PV
mw2
1
mgh
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静压能：
动能：
位能：
PammNVmN
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由以上分析可知：
⑴ mw/A?? = 作用力 /A = 能量 /V
⑵ 作用力、能量、动量是同类物理量的不同表现形式。相互平衡、传递
及转换，流体的动量传输也就是力、能的平衡与转换的过程。
第一章 动量传输
动量 PasmsN =×× 2?×× AsNmw
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§ 1.2 流体运动的基本特征
流体的运动特性，主要是指流体在流动条件下，其所具有的相关物理量在
空间和时间上的变化特性 — 流场特征。
1.2.1 流体流动的分类
1.2.2 流体流动的两种状态
⒈ 流动状态
层流：所有流体质点只作沿同一方向的直线运动，无横向运动。 如国庆大阅兵 。
紊流：流体质点作复杂的无规则运动 (湍流 )。 如自由市场 。
从层流到紊流之间，一般称为过渡状态。
第一章 动量传输
??
?
)。(如风机、泵、喷射器等强制流动：流体因外力 作用
自然流动：密度不同产 生浮力。
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实验观察,图 1-2-1 P11
第一章 动量传输
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在实验的基础上，雷诺提出了确定两种状态相互转变的条件，雷诺准数 Re
临界雷诺准数为 Rec：流体流动从一种状态转变为另一种状态的雷诺准数 Re。
层流 ?紊流 Rec上 =13800；紊流 ?层流 Rec下 =2300。
一般取 Rec = 2300。
?有利于紊流的形成。
?
?
?
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)(
)()()(
m
r
粘度
、管径、密度流速 dw
??
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时，为过渡状态当
时，为紊流状态当
时，为层流状态当
上下
上
下
cc
c
c
ReReRe
ReRe
ReRe
粘性力
惯性力===
nm
r wdwdRe
第一章 动量传输
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⒉ 管流速度分布
层流：抛物线分布。
紊流：速度分布与 Re有关。
⒊ 紊流特征
。
第一章 动量传输
、紊流流动时仅考虑时均速度,
补充例题, 流动状态的判断。
脉动 0w y =?0w x =? 0wz =?
ywxw zw
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第一章 动量传输
设水及空气分别在内径 d=80㎜ 的管中流过，两者的平均流速相同，
均为 W=0.3m/s，已知水及空气的动力粘度各为 μ水 =0.0015kg/m.s,μ空气
=17× 10-6 kg/m.s又知水及空气的密度各为 ρ水 =1000kg/m3
ρ空气 =1.293kg/m3，试判断两种流体的流动状态。
解：按（ 1-2-1）式计算
空气的 Re数：
{Re<Rec 层流 Re>Rec 紊流 }
层流23001825
1017
.03.0293.1Re
6
<=
×
××=
-
08
2300160000015.0 08.03.01000wdRe >=××=mr= 紊流
得：水的 Re数：
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作业,
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第一章 动量传输
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