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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 液流阻力和水头损失,实际液体具有粘滞性，在流动时就产生阻力，克服阻力,就要消耗一部分机械能，造成能量损失，单位重量液体的能,量损失称为水头损失。,本章的中心内容就是研究液流流态和能量损失。,1,第四章 液流阻力和水头损失 实际液体具有,41 水头损失的两种形式,（一）流动阻力及水头损失的两种形式,沿程水头损失,局部水头损失,2,41 水头损失的两种形式（一）流动阻力及水头损失的两种,对于某一液流系统而言，若同时受若干个沿程阻力和局,部阻力，且各局部阻力相距较远互不影响，则全流程上总水,头损失应为所有沿程水头损失与所有局部水头损失之和：,3,对于某一液流系统而言，若同时受若干个沿程阻力,42 雷诺试验层流和紊流,（一）雷诺试验,1883年英国的雷诺通过试验发现液流中存在层流和紊,流两种流态。,当流速较小时，各流层的液体质点有条不紊、互不掺,混的作直线运动，这种流动称为层流。,在雷诺试验中：,当流速增大至某一数值后，各流层的质点互相掺混、,杂乱无章，这种流动称为紊流。,相应于液体流态转变时的流速称为临界流速。,4,42 雷诺试验层流和紊流（一）雷诺试验,（二）水头损失与流速关系,阀门逐渐开大，流速自小变大：,层流,紊流,图 41,5,（二）水头损失与流速关系阀门逐渐开大，流速自小变大：层流紊流,阀门逐渐开小，流速自大变小：,层流,紊流,6,阀门逐渐开小，流速自大变小：层流紊流6,（三）液流流态的判别,临界流速,对于管流：,层流,紊流,7,（三）液流流态的判别临界流速对于管流：层流紊流7,以上试验的结果对对其他边界条件下的液流同样适,用，只是边界条件不同，下临界雷诺数的数值不同。,例如明渠及天然河道,满流的圆管,满流的矩形断面,8,以上试验的结果对对其他边界条件下的液流同样适,惯性力的因次：,粘滞力的因次：,惯性力与粘滞力的比值：,9,惯性力的因次：粘滞力的因次：惯性力与粘滞力的比值：9,43 均匀流基本方程,（一）液体均匀流动的沿程水头损失,液体在均匀流的情况下只存在沿程水头损失，现以图,42所示的圆管均匀流为例，说明自断面11至22时的,沿程水头损失。,取断面11和22立伯努利方程：,沿程水头损失等于测压管水头差值；消耗的能量全部由势能提供,10,43 均匀流基本方程（一）液体均匀流动的沿程水头损失,图 42,（二）均匀流基本方程,11,图 42（二）均匀流基本方程11,1.动水压力,12,1.动水压力12,因为是均匀流的总流段，流段没有加速度，所以合力,为零。列沿流动方向的受力平衡方程式：,即：,均匀流基本方程,13,因为是均匀流的总流段，流段没有加速度，所以合,总流段表面上平均切应力与其水力半径成正比,14,总流段表面上平均切应力与其水力半径成正比14,44 沿程水头损失的通用公式,因次分析,代入均匀流,基本方程,达西公式：适用于层流和紊流。,15,44 沿程水头损失的通用公式因次分析代入均匀流基本方程,45 圆管中的层流运动,（一）流速分布,图 43,16,45 圆管中的层流运动（一）流速分布图 4316,积分得：,圆管均匀层流的流速分布呈抛物线形,17,积分得：圆管均匀层流的流速分布呈抛物线形17,18,18,（二）流量及平均流速,圆管均匀层流的流量为：,圆管层流的断面平均流速为：,上式说明圆管均匀流的最大流速为平均流速的两倍。,19,（二）流量及平均流速圆管均匀层流的流量为：圆管层流的断面平均,（三）沿程水头损失及沿程阻力系数,20,（三）沿程水头损失及沿程阻力系数20,尼古拉兹对六种人工粗糙管，在不同管径、流速的同一管,长内，通过改变流量，进行了对沿程阻力系数的研究。,该曲线可以分为以下五个区域：,层流区,层流转变为紊流的过渡区,水力光滑区,水力光滑区与粗糙区间的过渡粗糙区,粗糙区,21,尼古拉兹对六种人工粗糙管，在不同管径、流速的,层流区：,22,层流区：22,层流转变为紊流的过渡区：,试验点较乱，且雷诺数范围很窄，,实用意义不大。,23,层流转变为紊流的过渡区： 试验点较乱，且雷诺数范,水力光滑区：,24,水力光滑区：24,水力光滑区与粗糙区之间的过渡粗糙区：,25,水力光滑区与粗糙区之间的过渡粗糙区：25,粗糙区（阻力平方区）：,26,粗糙区（阻力平方区）：26,1.水力光滑区（圆管紊流）,尼古拉兹公式：,布拉休斯公式：,27,1.水力光滑区（圆管紊流）尼古拉兹公式：布拉休斯公式：27,2.粗糙区（圆管紊流）,尼古拉兹公式：,28,2.粗糙区（圆管紊流）尼古拉兹公式：28,48 沿程水头损失的经验公式谢才公式,只适用于紊流粗糙区,29,48 沿程水头损失的经验公式谢才公式只适用于紊流粗糙,曼宁公式,巴甫洛夫斯基公式,30,曼宁公式巴甫洛夫斯基公式30,（一）曼宁公式,31,（一）曼宁公式31,（二）巴甫洛夫斯基公式,32,（二）巴甫洛夫斯基公式32,49 局部水头损失,液流在边界形状急剧变化的地方，会产生局部阻力,或局部水头损失。,目前，除突然扩大所引起的局部水头损失可用理论,方法计算外，其它型式的局部水头损失都通过试验来解,决。,本节以圆管突然扩大的局部水头损失的计算为例作,一理论推求。,33,49 局部水头损失 液流在边界形状急剧变,取断面11、22立伯努利方程：,34,取断面11、22立伯努利方程：34,35,35,圆管突然扩大时局部水头损失的理论公式,36,圆管突然扩大时局部水头损失的理论公式36,37,37,
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