《水力学》——水头损失.pptVIP

* * 〈水力学〉 成都理工大学能源学院 第5章 液流阻力和水头损失 连续性方程（质量方程）：液体流速和流动面积的关系 能量方程：液体流速和压强的关系 动量方程：液体与固体相互作用力的大小 水动力学 研究流体及运动规律的四大基本方程 水静力学 静水压强的基本方程：单位势能 ???? 上述方程涉及到粘滞性时，假设了理想液体，即忽略了流体的粘滞性。但是，实际流体具有粘滞性，液体流动时就产生阻力，克服阻力就要消耗一部分机械能，造成能量损失。因此，单位重量液体的能量损失称为水头损失，以符号hw表示。在应用能量方程时，必须知道水头损失hw，而hw与哪此因素有关？它的数值如何计算？等问题前面章节尚未解决，本章的 就是研究液流流态和能量损失问题。 第5章 液流阻力和水头损失 重点内容 §5-1 水头损失的工程意义、分类 （一）水头损失在工程上的意义 水头损失的计算在工程上是一个极为重要的问题。它的数值大小直接关系到动力设备容量的确定，因而就关系到工程的可靠性和经济性。下面以日常生活中水泵的供水、油田地面输油管线为例来阐述水头损失这一概念。 水泵将水池中的水从断面1-1提升到断面2-2（断面1-1和2-2的高程差称为水泵的静扬高H0）如图所示。从水源水面1开始，水流通过吸水管到水泵进口断面的水头损失设为hw1；从水泵出口通过压水管到水池水面的水头损失设为hw2。水泵除了克服这两项水头损失之外，还要将水提高H0高度，从前面学到的能量方程可知： 水泵的总扬程H等于静扬高H0加上水头损失 即为吸水管与压水管中的水头损失之和 H=H0+Σhw 由上式可知，当水泵提供的总扬程H为定值时，若hw增大则H0减小，因而没有满足生产要求，达不到工程目的；如果要保证静扬高H0一定，则需提高水泵的总扬程H值，即增大动力设备容量，这样就要增加工程投资，可见动力设备的容量与管路系统的能量损失有关。所以只有正确地计算水头损失，才能合理地选用动力设备，否则，容量过大会造成浪费，过小则满足不了生产要求。因此，分析液流阻力，研究水头损失的计算，就成为水力学的一项重要任务。 H=H0+Σhw 输油气管线：中俄、中哈、西气东输等 中哈输油管道长960多公里，由于路程长，弯道多，还有闸门等影响因素，从输油开始端的总能量就会因为这些因素而不断消耗，最终使流体不能继续向前流动。那么泵站就给流体增加能量，使之能继续克服这些能量消耗，最终到达目的地。 输油管线示意图 （二）液流阻力和水头损失的分类 液体运动时，由于外部条件不同，其流动阻力与水头损失分为以下两种形式。 1.沿程水头损失 ?? ?定义：液体运动时，由于克服摩擦阻力作功消耗能量，称为沿程阻力（摩擦阻力）。 单位重量液体克服沿程阻力而损失的水头称为沿程水头损失，用hf表示。 产生的物理原因：由于液体的粘滞性而产生摩擦阻力。 产生条件：水流方向、壁面粗糙度、过流断面形状和面积不变的均匀流段上。 说明：在较长的管道和明渠中都是以沿程水头损失为主的流动。 1.沿程水头损失 2.局部水头损失 ???? 定义：由于液流局部边界的急剧改变所引起的阻力，从而引起流速的急剧变化， 加剧液流之间相互摩擦和碰撞而导致的附加阻力，称为局部阻力。 单位质量液体克服局部阻力所损失的水头称为局部水头损失。用hj表示。 产生的物理原因：尽管局部阻力产生的原因各异，但是其物理原因都是由于液体 存在粘滞性，任何断面形状的改变，都将引起流速的重新分布，改变了流体的流速。 产生的条件：急变流区域。例如通过管道进口、突然扩大、突然收缩、 弯管及阀门的液流等。 2.局部水头损失 问题：沿程水头损失和局部水头损失产生的物理原因有什么异同？ 3.水头损失叠加原理： 对于某一液流系统而言，如果有若干段沿程阻力和若干个局部阻力，而各局部阻力相距较远互不影响时，如图3-2所示的管流经过“转弯”、“突然放大”、“突然收缩”及“闸门”等处的全流程上总水头损失为所有局部水头损失和所有沿程水头损失的总和（称为水头损失叠加原理）。 假如有n个等截面的段数；m个局部阻力个数。 过度流 1883年英国的雷诺通过试验观察到液体中存在层流和紊流两种流态，这就是著名的雷诺试验 流速较小时，玻璃管中有一条细线状红色水——层流 流速增大到某一数值后，红色水直线开始颤动，发生弯曲——过度流 流速继续增大到某一数值后，看不到红色水线——紊流 §5-2 雷诺实验——层流与紊流 水头损失与流速关系 为了分析能量损失随流速的变化规律，在雷诺试验的玻璃管上，写出断面1