水力学3液流型态及水头损失..docx

3 液流型态及水头损失3.1 水头损失的物理概念及其分类沿程水头损失：单位质量的液体自一断面到另一断面所损失的机械能，常用hf 表示.局部损失：发生在局部范围，常用hj表示。3.2 液流边界几何条件对水头损失的影响（1）液流边界横向轮廓线的形状和大小对水头损失的影响用过水断面的水力要素来表征，水力要素包括：过水断面面积A，湿周 及水力半径R。液流过水断面与固体边界接触的周界限叫做湿周，值越大水流阻力及水头损失越大。仅用过水断面面积和湿周中的一个要素来衡量水头损失都是不全面的，故将两者结合起来使用。用过水断面面积与湿周的比值，即水力半径，来衡量过水断面的特征：若为直径为d的圆管时，（2）液流边界纵向轮廓对水头损失的影响：均匀流沿长度方向各个过水断面的水力要素及断面平均流速基本保持不变，所以均匀流只有沿程损失，没有局部水头损失，而且个单位长度上的沿程损失是相等的。非均匀流中，渐变流局部水头损失可以忽略，也仅有沿程损失；急变流两种水头损失都有。3.3均匀流沿程水头损失与切应力的关系（1）切应力计算公式式中为圆管壁上的平均切应力（总流边界上的平均应力），R为水力半径，J为水力坡降。对于圆管均匀流来说， ，可以得到管内距管轴为r的处的切应力 计算公式：（2）液流阻力规律均匀流沿程水头损失计算公式，即达西公式：式中 为沿程阻力系数，R为水力半径，l为两过水断面间的距离，v为断面平均流速。3.4 液体运动的两种型态（1）层流和紊流同一液体在同一管道中流动，当流速较小时，各流层的液体质点是有条不紊的运动，互不混杂，这种型态的流动称为层流。同一液体在同一管道中流动，当流速较大时，各流层的液体质点形成涡体，在流动过程中，互相混掺，这种型态的流动称为紊流（湍流）。（2）液流型态的判别式中Re为雷诺数，为过水断面平均流速，为动力粘度， 为运动粘度，d为管径。圆管液流中的下临界雷诺数，凡雷诺数大于下临界雷诺数时，就是紊流；小于临界雷诺数时，一定是层流。明渠及天然河道的 ；平行固体壁间的液流 ，b为两壁间的距离3.5 圆管中的层流运动及其沿程水头损失的计算（1）距圆管轴x处的流速ux 的计算（2）圆管沿程水头损失计算式中断面平均流速 ，与达西公式联立可得，沿程阻力系数3.6 紊流中粘性底层摩阻流速粘性底层厚度计算公式：3.7 沿程阻力系数的变化规律尼库拉兹将湍流分为五区：层流区(I)，过渡区(II)，紊流光滑区(III)，紊流过渡区(IV)，紊流粗糙区(V)。3.8 计算沿程水头损失的经验公式——谢齐公式1769年谢齐总结了明渠均匀流的实测资料，提出计算均匀流的经验公式。式中C为谢齐系数，R为断面水力半径，J为水力坡降。介绍两个常用的求谢齐系数的公式：1.曼宁公式， （n称为粗糙系数，查表得），应用于管道及较小的河渠；2.巴甫洛夫斯基公式， （当R1.0m时，）；当R1.0m时，），适用范围为 .参考例题3.43.9 局部水头损失（1）计算公式理论公式（波达公式）：实际使用计算公式：式中为局部水头损失系数，不同位置其值不用，v为发生局部水头损失后（或以前）的断面平均流速。参考例题3.5本章参考作业：思考题3.1~3.3；习题3.1~3.33 液流型态及水头损失 1 / 1页 11