工程流体力学1541

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1、第四章流动形态和水力损失y/hU1.0P=-30.8-2-10123回流0.6h0.40.200.20.40.60.81.01.21.4ux/UShehuaHUANG武汉大学水利水电学院April,2015CollegeofWaterResourcesandHydropower,WuhanUniversityp1§4-1流动阻力、水头损失及其影响因素§4-1流动阻力、水头损失及其影响因素©©流动（水力）阻力和水头损失流动（水力）阻力和水头损失11、流动阻力、流动阻力流体内部各流团或流层之间必然会产生流体内部各流团或流层之间必然会产生阻抗相对运动的内摩擦力阻抗相

2、对运动的内摩擦力。。¾¾理解此定义时应注意：固体边界（管壁或河床）与流体接触面上的流体理解此定义时应注意：固体边界（管壁或河床）与流体接触面上的流体无滑移运动，即这部分流体质点速度为零。边界对流体的阻碍作用是通过无滑移运动，即这部分流体质点速度为零。边界对流体的阻碍作用是通过影响流动结构而实现的，可认为是间接作用。影响流动结构而实现的，可认为是间接作用。22、水头损失、水头损失流动阻力做功的结果，导致能量损失，则定义：流动阻力做功的结果，导致能量损失，则定义：水头损失是单位重量流体由一个过流断面流至另一个断面时所损失的平均水头损失是单位重量流体由一个过流断面流

3、至另一个断面时所损失的平均能量。能量。33、水头损失分类、水头损失分类（（11）沿程水头损失：发生在渠道或管道直）沿程水头损失：发生在渠道或管道直线段线段，沿流程分布较均匀并随，沿流程分布较均匀并随流程长度而逐渐增加的水头损失，用流程长度而逐渐增加的水头损失，用hhff表示。表示。（（22）局部水头损失：发生在流体边界突然）局部水头损失：发生在流体边界突然变化处的局部范围内的水头损变化处的局部范围内的水头损失，用失，用hhjj表示。表示。CollegeofWaterResourcesandHydropower,WuhanUniversityp2（（33）总水头

4、损失：）总水头损失：hhww==hhf+f+hhjj，或者，或者hw=∑hf+∑hj44、产生水头损失的必要条件、产生水头损失的必要条件（（11）粘性）粘性；（；（22）边界存在的影响）边界存在的影响。。©©水头损失的影响因素（与界面有关的）水头损失的影响因素（与界面有关的）11、边界横向轮廓和面积大小、边界横向轮廓和面积大小（（11）轮廓）轮廓湿周湿周xx定义：液流过水断面与固体边界接触的周界线，称为湿周。定义：液流过水断面与固体边界接触的周界线，称为湿周。xx↑→阻力大↑→↑→阻力大↑→hhww↑，故↑，故hhww∝∝xx；；例：例：▽(a)梯形明渠(b)

5、网状过流断面CollegeofWaterResourcesandHydropower,WuhanUniversityp3（（22）面积（）面积（AA）←→断面大小、形状，因为面积小时，通过同样流量的）←→断面大小、形状，因为面积小时，通过同样流量的1流速大，相对运动就大，则流动阻力大，流速大，相对运动就大，则流动阻力大，hhww↑，故↑，故hw∝A综合（综合（11）、（）、（22）的结果得：）的结果得：χ1h∝=wAA/χ可见，可以用一个比值表征一个过可见，可以用一个比值表征一个过水断面影响水力损失的综合能力，水断面影响水力损失的综合能力，A于是定义于是定义：

6、：R=称为断面的水力半径称为断面的水力半径，具有长度的单位（，具有长度的单位（mm），），则则χ1h∝wRCollegeofWaterResourcesandHydropower,WuhanUniversityp4所以水力半径是断面的一个与水力损失相关的特征参数，也是非常重要的所以水力半径是断面的一个与水力损失相关的特征参数，也是非常重要的水力要素，对圆管而言，水力要素，对圆管而言，dR=4其中其中dd为圆管直径。为圆管直径。22、、液流边界纵向轮廓液流边界纵向轮廓形态形态（（11）均匀流、渐变流）均匀流、渐变流：沿程水头损失（：沿程水头损失（hhff）；）；

7、（（22）急变流：）急变流：hhff→小，可略，因为流程→小，可略，因为流程ll短；短；hhjj→→大。大。CollegeofWaterResourcesandHydropower,WuhanUniversityp5§4-2实际流体流动的两种形态§4-2实际流体流动的两种形态©©著名的雷诺试验著名的雷诺试验（（ReynoldsexperimentReynoldsexperiment））4－1(a)雷诺试验示意图CollegeofWaterResourcesandHydropower,WuhanUniversityp64－1(b)工作段局部放大图如图如图4-14

8、-1，试验过程简介，见书。，试验过程简