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1、1,第四章 液流阻力和水頭損失,實(shí)際液體具有粘滯性，在流動(dòng)時(shí)就產(chǎn)生阻力，克服阻力就要消耗一部分機(jī)械能，造成能量損失，單位重量液體的能量損失稱為水頭損失。,本章的中心內(nèi)容就是研究液流流態(tài)和能量損失。,2,41 水頭損失的兩種形式,（一）流動(dòng)阻力及水頭損失的兩種形式,沿程水頭損失,局部水頭損失,3,對(duì)于某一液流系統(tǒng)而言，若同時(shí)受若干個(gè)沿程阻力和局部阻力，且各局部阻力相距較遠(yuǎn)互不影響，則全流程上總水頭損失應(yīng)為所有沿程水頭損失與所有局部水頭損失之和：,4,42 雷諾試驗(yàn)層流和紊流,（一）雷諾試驗(yàn),1883年英國的雷諾通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)液流中存在層流和紊流兩種流態(tài)。,當(dāng)流速較小時(shí)，各流層的液體質(zhì)點(diǎn)有條不紊、互

2、不摻混的作直線運(yùn)動(dòng)，這種流動(dòng)稱為層流。,在雷諾試驗(yàn)中：,當(dāng)流速增大至某一數(shù)值后，各流層的質(zhì)點(diǎn)互相摻混、雜亂無章，這種流動(dòng)稱為紊流。,相應(yīng)于液體流態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)的流速稱為臨界流速。,5,（二）水頭損失與流速關(guān)系,閥門逐漸開大，流速自小變大：,層流,紊流,圖 41,6,閥門逐漸開小，流速自大變小：,層流,紊流,7,（三）液流流態(tài)的判別,臨界流速,對(duì)于管流：,層流,紊流,8,以上試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)對(duì)其他邊界條件下的液流同樣適用，只是邊界條件不同，下臨界雷諾數(shù)的數(shù)值不同。,例如明渠及天然河道,滿流的圓管,滿流的矩形斷面,9,慣性力的因次：,粘滯力的因次：,慣性力與粘滯力的比值：,10,43 均勻流基本方程,（一）

3、液體均勻流動(dòng)的沿程水頭損失,液體在均勻流的情況下只存在沿程水頭損失，現(xiàn)以圖42所示的圓管均勻流為例，說明自斷面11至22時(shí)的沿程水頭損失。,取斷面11和22立伯努利方程：,沿程水頭損失等于測(cè)壓管水頭差值；消耗的能量全部由勢(shì)能提供,11,圖 42,（二）均勻流基本方程,12,1.動(dòng)水壓力,13,因?yàn)槭蔷鶆蛄鞯目偭鞫?，流段沒有加速度，所以合力為零。列沿流動(dòng)方向的受力平衡方程式：,即：,均勻流基本方程,14,總流段表面上平均切應(yīng)力與其水力半徑成正比,15,44 沿程水頭損失的通用公式,因次分析,代入均勻流,基本方程,達(dá)西公式：適用于層流和紊流。,16,45 圓管中的層流運(yùn)動(dòng),（一）流速分布,圖 43

4、,17,積分得：,圓管均勻?qū)恿鞯牧魉俜植汲蕭佄锞€形,18,19,（二）流量及平均流速,圓管均勻?qū)恿鞯牧髁繛椋?圓管層流的斷面平均流速為：,上式說明圓管均勻流的最大流速為平均流速的兩倍。,20,（三）沿程水頭損失及沿程阻力系數(shù),21,尼古拉茲對(duì)六種人工粗糙管，在不同管徑、流速的同一管長內(nèi)，通過改變流量，進(jìn)行了對(duì)沿程阻力系數(shù)的研究。,該曲線可以分為以下五個(gè)區(qū)域：,層流區(qū),層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯倪^渡區(qū),水力光滑區(qū),水力光滑區(qū)與粗糙區(qū)間的過渡粗糙區(qū),粗糙區(qū),22,層流區(qū)：,23,層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯倪^渡區(qū)：,試驗(yàn)點(diǎn)較亂，且雷諾數(shù)范圍很窄，實(shí)用意義不大。,24,水力光滑區(qū)：,25,水力光滑區(qū)與粗糙區(qū)之間的過渡粗糙

5、區(qū)：,26,粗糙區(qū)（阻力平方區(qū)）：,27,1.水力光滑區(qū)（圓管紊流）,尼古拉茲公式：,布拉休斯公式：,28,2.粗糙區(qū)（圓管紊流）,尼古拉茲公式：,29,48 沿程水頭損失的經(jīng)驗(yàn)公式謝才公式,只適用于紊流粗糙區(qū),30,曼寧公式,巴甫洛夫斯基公式,31,（一）曼寧公式,32,（二）巴甫洛夫斯基公式,33,49 局部水頭損失,液流在邊界形狀急劇變化的地方，會(huì)產(chǎn)生局部阻力或局部水頭損失。,目前，除突然擴(kuò)大所引起的局部水頭損失可用理論方法計(jì)算外，其它型式的局部水頭損失都通過試驗(yàn)來解決。,本節(jié)以圓管突然擴(kuò)大的局部水頭損失的計(jì)算為例作一理論推求。,34,取斷面11、22立伯努利方程：,35,36,圓管突然擴(kuò)大時(shí)局部水頭損失的理論公式,37,