在壓力管道內流體流動過程中，由于管徑、溫度、管壁粗糙度、流速等條件的變化，會引起層流、臨界流、湍流等流體流動狀態(tài)的變化。層流的特點是流體中的顆粒在流動過程中不發(fā)生混合，呈線性運動，運動元件不發(fā)生脈動。在湍流中，流體中的顆粒相互混合，其運動軌跡是曲折混沌的，運動元素是脈動的。

        通過大量實驗，發(fā)現臨界流速與流動截面的特征幾何尺寸、管徑D、流體的動粘度和密度有關，即四個以上的無因次雷諾數稱為一個。

        實際流體流動將呈現兩種不同的類型：層流和湍流。二者的區(qū)別在于流動過程中流體層間是否發(fā)生混合現象。在湍流中有一個隨機變化的脈動，但在層流中沒有，如圖1所示。

        圓管內定常流動的流型變換依賴于雷諾數。在大量實驗數據的基礎上，雷諾數將影響流體流動狀態(tài)的因素歸納為一個無量綱數，稱為雷諾數Re，作為判斷流體流動狀態(tài)的標準。

        臨界流速是判斷流體流動狀態(tài)的關鍵因素。臨界流速隨流體粘度、密度和通道尺寸的變化而變化。流體從層流到湍流的過渡速度稱為上臨界速度，從湍流到層流的過渡速度稱為下臨界速度。

        與圓管內定常流動流型轉變相對應的雷諾數稱為臨界雷諾數，與上、下臨界轉速相對應的雷諾數稱為上臨界雷諾數和下臨界雷諾數。上臨界雷諾數意味著超過這個雷諾數的流動必須是湍流的，這是非常不確定的，并且跨越了一個很大的數值范圍。而且，它極不穩(wěn)定。只要有輕微的干擾，流型就會改變。上臨界雷諾數通常隨實驗環(huán)境和初始流動狀態(tài)而變化。因此，上臨界雷諾數在工程技術上沒有實際意義。具有實際意義的是較低的臨界雷諾數，這意味著低于這個雷諾數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)的標準，即

        Re<2320時，為層流；

        re>2320時，湍流；

        此值是圓形平滑管道或近似平滑管道的值。在工程實踐中，一般取re=2000。

        實際流體流動呈現兩種不同形態(tài)的原因是擾動因子與粘性穩(wěn)定性的比較和對抗的結果。從圓管內的穩(wěn)定流動來看，減小管徑、降低流體粘度、增大流量都有利于流動的穩(wěn)定。總的來說，小雷諾數流動趨于穩(wěn)定，而大雷諾數流動穩(wěn)定性差，容易產生湍流。

        由于這兩種流型在流場結構和動態(tài)特性上有很大的差異，有必要對其進行區(qū)分和討論。當圓管內定常流流型為層流時，沿程水頭損失與平均流速成正比，而在紊流中，沿程水頭損失與平均流速的1.75～2.0次方成正比。

        自循環(huán)雷諾數實驗儀是一種能直接觀察不同雷諾數下流場的裝置。通過紅墨水在管道中的延遲褪色現象，顯示出不同的流型。水通過自循環(huán)供水泵進入恒壓水箱，依次與實驗管道相連。實驗管道尾部設有流量調節(jié)閥，實驗管道出口設有自循環(huán)回水裝置。恒壓水箱通過上下水管與自循環(huán)供水裝置連接。恒壓水箱設有溢流板、穩(wěn)水板，穩(wěn)水板側面開有穩(wěn)水孔，溢流板和穩(wěn)水板將恒壓水箱分為溢流區(qū)。恒壓區(qū)和穩(wěn)水區(qū)的恒壓水箱上部設有自動消色差顯示液體容器。在所述的顯示液體容器的下方設有帶導針的導管。采用獨立的自循環(huán)恒壓供水系統(tǒng)，操作方便，直觀，示蹤劑自動消色差。