在流體在壓力管道中流動的過程中，由于條件的變化（如管徑、溫度、管壁粗糙度和流速的變化），流體的流動狀態(tài)會發(fā)生變化，出現(xiàn)層流、臨界流和湍流等現(xiàn)象。層流的特點是流體的顆粒在流動過程中不相互混合，以線性方式移動，并且運動元件不顯示脈動。在湍流中，流體中的顆粒相互混合，其運動軌跡曲折、混沌，運動元件有脈動。

        通過大量實驗發(fā)現(xiàn)，臨界流速與流動截面的特征幾何尺寸、管徑D、流體的動態(tài)粘度和密度有關(guān)，即由上述四個量組成的無量綱數(shù)稱為雷諾數(shù)。

        實際流體流動將顯示兩種不同的類型：層流和湍流。它們之間的區(qū)別在于流動過程中流體層之間是否發(fā)生混合現(xiàn)象。如圖1所示，在湍流中存在隨機(jī)變化的脈動，但在層流中不存在。

        圓管內(nèi)恒定流的流型變換取決于雷諾數(shù)。在大量實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，Reynolds將影響流體流動狀態(tài)的因素歸納為一個無量綱數(shù)Re，作為判斷流體流動狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。

        臨界流速是判斷流體流動狀態(tài)的關(guān)鍵因素。臨界速度隨流體的粘度和密度以及流道的大小而變化。流體從層流過渡到湍流時的速度稱為上臨界速度，從湍流過渡到層流時的速度稱為下臨界速度。

        與圓管內(nèi)穩(wěn)定流動的流型轉(zhuǎn)變相對應(yīng)的雷諾數(shù)稱為臨界雷諾數(shù)，與上下臨界速度相對應(yīng)的雷諾數(shù)稱為上臨界雷諾數(shù)和下臨界雷諾數(shù)。上臨界雷諾數(shù)意味著超過該雷諾數(shù)的流動必須是湍流，這是非常不確定的，并且跨越了一個大的值范圍。此外，它極不穩(wěn)定。只要有輕微的干擾，流型就會改變。上臨界雷諾數(shù)通常隨實驗環(huán)境和初始流動狀態(tài)而變化。因此，臨界雷諾數(shù)在工程上沒有實際意義。具有實際意義的是較低的臨界雷諾數(shù)，這意味著低于該雷諾數(shù)的流動必須是層流的，并且有一個確定的值。它通常被用作判斷流動狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)，即

        Re<2320時為層流；

        re>2320時，湍流；

        該值是圓形平滑管道或近似平滑管道的值。在工程實踐中，通常取re=2000。

        實際流體流動呈現(xiàn)兩種不同模式的原因是擾動因子和粘性穩(wěn)定性之間的比較和對抗?？紤]到圓管內(nèi)的穩(wěn)定流動，不難理解，減小管徑、降低流體粘度和增加流量都有利于流動的穩(wěn)定性?？偟膩碚f，小雷諾數(shù)流動趨于穩(wěn)定，而大雷諾數(shù)流動穩(wěn)定性差，容易發(fā)生湍流。

        由于這兩種流型的流場結(jié)構(gòu)和動態(tài)特性有很大差異，因此有必要對其進(jìn)行區(qū)分和討論。當(dāng)圓管內(nèi)恒定流的流型為層流時，沿程水頭損失與平均流速成正比，而在紊流中，水頭損失與平均流速的1.75~2.0次方成正比。

        自循環(huán)雷諾實驗儀是一種可以直接觀察不同雷諾數(shù)下流型的裝置。通過管道中延遲褪色的紅墨水現(xiàn)象，顯示出不同的流動模式。水通過自循環(huán)供水泵進(jìn)入恒壓水箱，依次與實驗管路連接。流量調(diào)節(jié)閥設(shè)置在實驗管道的尾部，自循環(huán)回水裝置設(shè)置在實驗管道的出口。恒壓水箱通過上下水管與自循環(huán)供水裝置連接。恒壓水箱設(shè)有溢流板、穩(wěn)水板，并在水箱側(cè)面開有穩(wěn)水孔