.水流阻力与水头损失.pptVIP

水力学 理想液体，边界面没有滞水作用，液流为平行直线流，过水断面上流速分布是均匀的，液体流动过程中没有任何能量损失。 实际液体是有粘滞性的，过水断面上的流速分布是不均匀的，因此相邻两流层之间都有相对运动。由于粘滞性的作用，有相对运动的两流层之间就有内摩擦切应力发生。液体流动过程中要克服这种摩擦阻力就要作功，作功就要损耗一部分液流的机械能，转化为热能而散失。 当实际液体沿固体边界流动时，局部地区边界的形状或大小改变(如管道或河渠中的断面突然扩大或缩小或流向有急剧变化)，或有局部障碍(如管道中的阀门等)，液流内部结构就要急剧调整，流速分布进行改组，流线发生弯曲，在这些局部地区都有局部水头损失。这种能量损失是发生在局部范围之内的，叫做局部水头损失，常用hj表示。 由以上分析可知，液流产生水头损失必需具备两个条件：(1)液体具有粘滞性；(2)由于固体边界的影响，液流内部质点之间产生相对运动。 水头损失区分为沿程损失与局部损失，对液流本身来说，仅仅在于造成水头损失的外在原因有所不同。固体边界平直，水流为均匀流或渐变流，产生沿程水头损失；固体边界突变或水流遇局部障碍，水流为急变流，产生局部水头损失。 水头损失不论其产生的外因如何，都是由于液流内部质点之间有相对运动，因粘滞性的作用，产生切应力的结果。 其一流段沿程水头损失与局部水头损失的总和称为该流段的总水头损失。 所以实际液体总流能量方程式中的总水头损失，可用下式表示 式中：hf--该流段中各分段的沿程水头损失的总和； hj--该流段中各种局部水头损失的总和。 液流过水断面与固体边界接触的周界线叫做湿周(wetted perimeter )，常用 表示。湿周愈大，水流阻力及水头损失也愈大。 过水断面面积 除以湿周称为水力半径。 the wetted perimeter 二、液流边界纵向轮廓对水头损失的影响——因边界纵向轮廓的不同，可有两种不同形式的液流：均匀流与非均匀流。 按均匀流的定义可知，沿水流长度方向上各过水断面的水力要素及断面平均流速都是保持不变的。所以，均匀流时只有沿程水头损失，而且各单位长度上的沿程水头损失也是相等的，总水头线应为一直线。又因各过水断面平均流速相等，所以各过水断面上的流速水头也是相等的。由此可知，均匀流时总水头线和测压管水头线是相互平行的直线。 非均匀流与均匀流不同，沿水流长度方向上各过水断面的形状及大小是不相等的，各过水断面上的流速也是不等的，所以非均匀流单位长度上的水头损失也不相等，总水头线和测压管水头线是互不平行的曲线。 均匀流时无局部水头损失，非均匀渐变流时局部水头损失可忽略不计，非均匀急变流时两种水头损失均有。 下面先研究沿程水头损失，然后再讨论局部水头损失。因为均匀流时只有沿程水头损失，所以研究沿程水头损失只要研究均匀流的水头损失就可以了。 3.均匀流沿程水头损失与切应力的关系 在管道或明渠均匀流中，任意取出一段总流来分析。设总流与竖直方向成一角度，过水断面面积为 ，该段长度为l。 均匀流是等流速直线流动，故流段所受的轴向外力必定相互平衡，即 4.液体运动的两种型态Laminar and turbulent flow 1885年英国科学家雷诺(Reynolds)曾用试验揭示了实际液体运动， 根据流速的大小不同，存在的两种型态，即层流和紊流。 从层流到紊流的运动状态，反应了液流内部结构从量变到质变的一个变化过程。 当试验以相反的程序进行时，则观察到的现象就以相反的程序而重演，但在紊流转变为层流时流速的数值要比层流转变为紊流时为小。 若在玻璃管的两个断面1-1及2-2上各安一根测压管，则可测出断面1-1至2-2间的水头损失。由能量方程式得 两断面间的沿程水头损失等于两断面的测压管水头差 。 确定沿程水头损失必须首先判别液流的型态 The head loss is different As long as the velocity is low enough to secure laminar flow, the head loss, due to friction, is directly proportional to the velocity. With increasing velocity, when the flow changes from laminar to turbulent, the lines will have slopes ranging from about 1.75 to 2.00. Critical Reynolds number Critical Reynolds number The upper critical