4液流形态与水头损失.ppt

r0 /Δ 越来越光滑 ? 原因：管壁越光滑，其粘性底层厚度越大。 该区是一条直线Ⅱ，区内水头损失和断面平均流速的 1.75次方成正比。 r0 /Δ 越来越光滑 过渡区：在直线Ⅱ和直线Ⅲ之间的区域为光滑管到 粗糙管过渡区，壁面越光滑，阻力系数越小。 r0 /Δ 越来越光滑 粗糙区：在直线Ⅲ以右区域：各条不同相对光 滑度的试验曲线近似为直线，表明沿程阻力系数和 Re关系不大，只与r0 /Δ有关。 r0 /Δ 越来越光滑 由达西公式 可知，水头损失和断面平均流速 的二次方成正比，故该区又称阻力平方区。 Moody 图 以上所得出的沿程阻力系数的规律，除了层流可 以直接用于水力计算外，其他都是在人工粗糙面的条 件下得出的规律，无法应用于实际计算。 原因：实际管道或者明渠边壁的绝对粗糙度在形 状、排列和分布上都不同于人工粗糙面。 1944，英国人Moody 对各种工业管道进行了试验 研究。试验用的管道非常广泛，有：玻璃管、混凝土 管、钢管、铜管、木管等，试验条件就是自然管道， 管道的壁面就是天然管壁，而非人工粗糙面。 试验成果的处理：将试验得到的沿程阻力系数和 人工加糙的结果进行对比，把具有相同沿程阻力系数 值的砂粒绝对粗糙度作为管道的当量粗糙度Δ，仍用 原符号（绝对粗糙度）。 管壁的相对光滑度用Δ/d 表示 ，其他和以上试 验相同。 注意：当量粗糙度不是绝对粗糙度。 0.12～0.21 旧钢管、涂柏油的钢管 0.25～1.25 木管 0.60～0.67 旧的生锈钢管 0.25～0.42 普通新铸铁管 0.04～0.17 新的无缝钢管 0.01～0.03 橡皮软管 0.0015～0.01 清洁铜管、玻璃管 Δ/mm 壁面种类 0.45～3.0 非刨平木板制成的木槽、水泥浆粉面 0.8～9.0 混凝土槽 0.8～6.0 水泥浆砖砌体 0.25～1.25 纯水泥表面 0.25～6.0 涂有珐琅质的排水管 0.45～6.0 陶土排水管 Δ/mm 壁面种类 各种壁面当量粗糙度值 25.00～45.00 石砌渠道（干砌中等质量） 30.00～60.00 卵石河床(粒径70～80mm) 6.00～17.00 水泥勾缝的普通块石砌体 4.00～11.00 土渠 1.25～6.00 凿石护面 Δ/mm 壁面种类 Moody图 可见，沿程阻力系数的变化 规律和尼古拉兹试验基本相同 差别在于：紊流过渡粗糙区曲 线形状不同（一个是沿程增加， 另一个是沿程降低） 由该图得到的沿程阻力系数和 实际情况较符合。 沿程阻力系数的水力计算 层流 紊流 （1） （管道） （2） 查Moody 图 一、沿程水头损失的一般公式—达西-威斯巴赫 公式 §4-7 沿程水头损失计算公式 对于圆管，则 对于渠道，则 上面所讲到的沿程阻力系数的变化规律是近四十 年来的研究成果。要用到该成果，必须已知管道当量 粗糙度，对于明渠当量糙度资料较少尚且无法应用 计算沿程水头损失的经验公式－谢才公式 二、谢才（Chezy）公式 早在200百多年前，人民在生产实践中总结出一 套计算沿程水头损失的公式。由于这些公式是建立在 大量实际资料的基础上，并在一定范围内满足生产需 要，故至今在工程实践上仍被采用。 1979年谢才总结了明渠均匀流的实测资料，提出 了计算均匀流（紊流）的经验公式，称谢才公式 式中，C 称为谢才系数；R 水力半径； J 水力坡度。 达西公式 谢才公式可用于不同的流态或流区，只是谢才 系数是根据阻力平方区的紊流实测资料求得的。 谢才公式只能适用于阻力平方区的紊流（管流 或者明渠流）。 适用条件： （m1/2/s） 单位： [C] = [L1/2/T] 量纲： 满宁公式（1890年，Manning） 式中，n 粗糙系数 式中，n 粗糙系数 巴普洛夫斯基公式 粗糙系数值 假 定 总切应力可以写成 粘性切应力 紊流切应力 下图为管道中量 测到的总切应力 和紊流切