沿程水头损失计算.ppt

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1、第四章水头损失实际液体由于具有粘性，在流动时产生摩擦阻力，这种摩擦阻力使液体的部分机械能不可逆的转化为热能而散失到周围空间，在水力学中称为“能量损失”，或者说是单位重量液体克服水流阻力所消耗的液体机械能，也称“水头损失”。本章的任务就是要讨论水头损失的形成原因和建立水头损失的计算公式。§4-1水头损失的两种形式§4-2液体运动的两种形态§4-3沿程水头损失计算§4-4局部水头损失§4-1水头损失的两种形式1、沿程水头损失hfhf——由管路的长度引起的损失，与管长成正比。液体流动克服沿程阻力而损失的能量，就称为沿程水头损失。总水头线呈下降直线。2、局部水头损失hm

2、hm——由阀件、管件引起的水头损失。液体在流动过程中为克服局部地段阻力而消耗的机械能，称为局部水头损失。如上页图中的转弯，收缩，阀门等液体流动过程中总水头损失等于各部分沿程水头损失和局部水头损失的代数和。即：§4-2液体运动的两种形态一、雷诺实验如右图所示，通过控制阀门的开启程度，可以得到不同的流动状态，分别为：层流过渡流紊流二、流态的判据实验证明：除流速对流态有影响外，管道的直径，液体的密度、粘度对液体流动的流态均有影响。因此数群dυρ/μ的大小决定流体的流动状态（对任何流体均适用）。雷诺数：或Re是一个“无因次”数，或“无量纲”数。证明：经大量实验证明，对水

3、平圆直管内的液体流动：Re≥40002300

4、Δ/d反映出来。hf∝Δ/d——相对粗糙度4、实验表明：阻力与动压头成正比hf∝v2/2g因此，由以上分析，可得：令——沿程阻力系数所以——达西公式由达西公式可看出，要确定沿程水头损失，关键任务在于确定沿程阻力系数λ。二、层流时沿程阻力系数λ的确定hfL12RτdrrP1P2τ液体在平直园管内做匀速层流运动，如图：在1-2截面间液体中分出一个半径为r的液体柱，由于液体作匀速运动，所以作用在柱体作用在水平方向上只有表面力：上的合力为零（水平方向）。切向力压力在水平方向上:——①由上图可以看出：由牛顿粘性定律得负号表示r↑→u↓，而τ为正——②将①代入②即等号两边进

5、行积分得可见速度的分布是半径的二次函数，即速度分布为抛物线形，如下图所示：流过圆形dr的流量：将两边积分：——(4)因为——(5)对平直圆管定截面的液体流动：则上式即为达西公式所以——层流时沿程阻力系数三、紊流时沿程阻力系数λ的确定（一）摩擦系数曲线图由前面的分析可知：针对上述关系式，进行实验，即可绘出摩擦系数曲线图。1、尼古拉兹实验曲线图λ值的确定：1）Re≤2300时，按λ=64/Re计算。2）2300

6、①层流区间λ只与Re有关，与Δ/d无关。为一直线，理论与实验相符。②过渡区间λ的值极不稳定③水力光滑区间光滑管线附近，此区间层流边界层厚度δ仍大于绝对粗糙度Δ，称为水力光滑管。因此λ只与Re有关，与Δ/d无关，λ=f(Re).hf∝vn1

7、接用于工业管道，但尼古拉兹实验从理论上揭示了在不同的区间Re及Δ/d对λ的影响规律。2、工业管道实验曲线图工业管道紊流三区间的划分及各区间λ的计算。1)、水力光滑区间：2)、紊流过渡区间：此式即为柯列勃洛克公式3)、阻力平方区间：上式所有的计算仅仅是针对圆管流动的情况而言，而在实际工程中经常碰到液体在非圆管道中流动。下面将讨论非圆管道的情况。（二）非圆管道的阻力计算对非圆管道的阻力计算，我们采用与圆形管道类似的方法。对非圆管道的计算，要先找出当量直径，然后按圆管道计算。1、水力半径（R）：与流动方向相垂直的流动截面积，与被流体所浸润的周边长度之比，即为水力半径。

8、ω——流动截面面积χ——