流體力學(xué) 沿程阻力和水頭損失

1、粘滯性和慣性粘滯性和慣性物理性質(zhì)物理性質(zhì)固體邊界固體邊界固壁對流動(dòng)的固壁對流動(dòng)的阻滯阻滯和和擾動(dòng)擾動(dòng)產(chǎn)生水產(chǎn)生水流阻力流阻力損耗機(jī)械損耗機(jī)械能能h hw w水頭損失的物理概念及其分類水頭損失的物理概念及其分類產(chǎn)生損失的內(nèi)因，決定因素產(chǎn)生損失的外因產(chǎn)生損失的外因水頭損失：水頭損失：單位重量的液體自一斷面流至另一斷面所損失的單位重量的液體自一斷面流至另一斷面所損失的機(jī)械能。機(jī)械能。4-1沿程水頭損失和局部水頭損失沿程水頭損失和局部水頭損失 流體在渠道、管道中流動(dòng)時(shí)，由于邊界條件不同以及水流流體在渠道、管道中流動(dòng)時(shí)，由于邊界條件不同以及水流本身沿流程變化特性不同，能量損失表現(xiàn)形式也不同。通常將本身沿

2、流程變化特性不同，能量損失表現(xiàn)形式也不同。通常將水頭損失分為兩種：沿程水頭損失與局部水頭損失。水頭損失分為兩種：沿程水頭損失與局部水頭損失。沿程水頭損失：沿程水頭損失：水頭損失沿程都有，并且大小與液流經(jīng)過的管水頭損失沿程都有，并且大小與液流經(jīng)過的管段長度成正比。段長度成正比。以以h hf f表示。表示。 在長直、斷面沿流程不變或變化很緩慢的管道、渠道中流動(dòng)的在長直、斷面沿流程不變或變化很緩慢的管道、渠道中流動(dòng)的水流，其水頭損失主要表現(xiàn)為沿程水頭損失水流，其水頭損失主要表現(xiàn)為沿程水頭損失. .由液層間摩擦作用而引起的。由液層間摩擦作用而引起的。損失的大小與流體的流動(dòng)狀態(tài)（層流或紊流）有密切關(guān)系。

3、損失的大小與流體的流動(dòng)狀態(tài)（層流或紊流）有密切關(guān)系。 局部水頭損失：局部水頭損失：局部區(qū)域內(nèi)由于水流邊界條件發(fā)生變化所產(chǎn)生局部區(qū)域內(nèi)由于水流邊界條件發(fā)生變化所產(chǎn)生的能量損失。常用的能量損失。常用hj表示。表示。在管道系統(tǒng)中裝有閥門、彎管、變截面管等局部裝置。流體流在管道系統(tǒng)中裝有閥門、彎管、變截面管等局部裝置。流體流經(jīng)這些局部裝置時(shí)流速將重新分布，流體質(zhì)點(diǎn)之間及與局部裝經(jīng)這些局部裝置時(shí)流速將重新分布，流體質(zhì)點(diǎn)之間及與局部裝置之間發(fā)生碰撞、產(chǎn)生漩渦，使流體的流動(dòng)受到阻礙，由于這置之間發(fā)生碰撞、產(chǎn)生漩渦，使流體的流動(dòng)受到阻礙，由于這種阻礙是發(fā)生在局部的急變流動(dòng)區(qū)段，所以稱為局部阻力。流種阻礙是發(fā)生

4、在局部的急變流動(dòng)區(qū)段，所以稱為局部阻力。流體為克服局部阻力所損失的能量，稱為局部損失。體為克服局部阻力所損失的能量，稱為局部損失。 邊界的形狀或大小改變，液流內(nèi)部結(jié)構(gòu)就要急劇調(diào)整，流速邊界的形狀或大小改變，液流內(nèi)部結(jié)構(gòu)就要急劇調(diào)整，流速分布進(jìn)行改組流線發(fā)生彎曲并產(chǎn)生旋渦，在這些局部地區(qū)就有局分布進(jìn)行改組流線發(fā)生彎曲并產(chǎn)生旋渦，在這些局部地區(qū)就有局部水頭損失。部水頭損失。常見的發(fā)生局部水頭損失區(qū)域常見的發(fā)生局部水頭損失區(qū)域式中：式中： 代表該流段中各分段的沿程水頭損失的總和；代表該流段中各分段的沿程水頭損失的總和； jfwhhhfhjh液流的總水頭損失液流的總水頭損失h hw w代表該流段中各種

5、局部水頭損失的總和。代表該流段中各種局部水頭損失的總和。hf1hj漸擴(kuò)hf2hf3hj縮hf4hj彎hf5hf6hj閥h hw wh hf1f1h hf2f2h hf3f3h hf4f4 h hf5 f5 + h+ hf6f6 h hj j進(jìn)口進(jìn)口h hj j漸擴(kuò)漸擴(kuò)h hj j收縮收縮h hj j轉(zhuǎn)彎轉(zhuǎn)彎h hj j閥門閥門 4-2 4-2 液體運(yùn)動(dòng)的兩種型態(tài)液體運(yùn)動(dòng)的兩種型態(tài)一、雷諾試驗(yàn)一、雷諾試驗(yàn)雷諾試驗(yàn)雷諾試驗(yàn)揭示了水流運(yùn)動(dòng)具有層流與紊流兩種流態(tài)。揭示了水流運(yùn)動(dòng)具有層流與紊流兩種流態(tài)。當(dāng)流速較小時(shí)，各流層的液體質(zhì)點(diǎn)是當(dāng)流速較小時(shí)，各流層的液體質(zhì)點(diǎn)是有條不紊地運(yùn)動(dòng)，互不混雜，這種型有條不

6、紊地運(yùn)動(dòng)，互不混雜，這種型態(tài)的流動(dòng)叫做層流。態(tài)的流動(dòng)叫做層流。當(dāng)流速較大，各流層的液體質(zhì)點(diǎn)形成渦當(dāng)流速較大，各流層的液體質(zhì)點(diǎn)形成渦體，在流動(dòng)過程中，互相混摻，這種型體，在流動(dòng)過程中，互相混摻，這種型態(tài)的流動(dòng)叫做紊流。態(tài)的流動(dòng)叫做紊流。水流由層流轉(zhuǎn)化為紊流時(shí)的流速稱為上水流由層流轉(zhuǎn)化為紊流時(shí)的流速稱為上臨界流速，用臨界流速，用VcVc來表示。來表示。 水流從紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯牧魉俜Q為下水流從紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯牧魉俜Q為下臨界流速，用臨界流速，用VcVc來表示。來表示。 實(shí)驗(yàn)證實(shí)：實(shí)驗(yàn)證實(shí)：VcVcVcVc。當(dāng)液體流速當(dāng)液體流速V VVcVc時(shí)，液體屬于紊流；時(shí)，液體屬于紊流；當(dāng)液體流速當(dāng)液體流速V V

7、VcVc時(shí)，液體屬于層流；時(shí)，液體屬于層流；當(dāng)當(dāng)VcVcV VVcVc時(shí)，可以是層流也可以是紊流，液流形態(tài)是時(shí)，可以是層流也可以是紊流，液流形態(tài)是不穩(wěn)定的。例如原來是層流，但在噪聲、機(jī)械振動(dòng)、固體表不穩(wěn)定的。例如原來是層流，但在噪聲、機(jī)械振動(dòng)、固體表面粗糙度的影響下，可變?yōu)槲闪鳌Ｃ娲植诙鹊挠绊懴?，可變?yōu)槲闪?。二、層流與紊流的判別二、層流與紊流的判別（下）臨界雷諾數(shù)（下）臨界雷諾數(shù)ReVd雷諾數(shù)雷諾數(shù)或或ReVR若若ReReReReReRec c，水流為紊流，水流為紊流，1.752.0fhV2300Re c500Re c dVdVccc Re圓管：直徑圓管：直徑d d是表征斷面幾何性質(zhì)的特征長度

8、；是表征斷面幾何性質(zhì)的特征長度；對非圓形斷面的管道和渠道：斷面特征長度用水力半徑表示。對非圓形斷面的管道和渠道：斷面特征長度用水力半徑表示。 ARA A：過水?dāng)嗝婷娣e（：過水?dāng)嗝婷娣e（m m2 2）：濕周：濕周(m)(m)，斷面上液體與固體相接觸的邊界長度，斷面上液體與固體相接觸的邊界長度矩形管道：矩形管道：2 2（h+bh+b）矩形斷面的渠道，矩形斷面的渠道，2h+b2h+bbhbh圓管的水力半徑圓管的水力半徑2/44Rddd d層流與紊流的水頭損失的規(guī)律不同，可用雷諾實(shí)驗(yàn)來測量這種層流與紊流的水頭損失的規(guī)律不同，可用雷諾實(shí)驗(yàn)來測量這種規(guī)律。規(guī)律。在所實(shí)驗(yàn)的管段上，因?yàn)樗街惫苈分辛黧w作穩(wěn)定

9、流時(shí)，根據(jù)在所實(shí)驗(yàn)的管段上，因?yàn)樗街惫苈分辛黧w作穩(wěn)定流時(shí)，根據(jù)能量方程可以寫出其沿程水頭損失就等于兩斷面間的壓力水頭能量方程可以寫出其沿程水頭損失就等于兩斷面間的壓力水頭差，即差，即 21pphf 改變流量，將改變流量，將h hf f與與v v對對應(yīng)關(guān)系繪于雙對數(shù)坐標(biāo)紙應(yīng)關(guān)系繪于雙對數(shù)坐標(biāo)紙上，得到上，得到.關(guān)系曲線關(guān)系曲線vhf 045lgfhlgclgclgCC 關(guān)系曲線圖vhf三、層流與紊流的水頭損失規(guī)律三、層流與紊流的水頭損失規(guī)律 曲線可分為三個(gè)部分曲線可分為三個(gè)部分: : 當(dāng)當(dāng)V VVcVc時(shí)屬層流，時(shí)屬層流，h hf f與流速與流速v v的一次方成正比，試驗(yàn)點(diǎn)成傾角的一次方成正比

10、，試驗(yàn)點(diǎn)成傾角為為45450 0的直線分布。沿程水頭損失與平均流速成正比。的直線分布。沿程水頭損失與平均流速成正比。當(dāng)當(dāng)V VVcVc時(shí)屬紊流，試驗(yàn)點(diǎn)分布傾角大于時(shí)屬紊流，試驗(yàn)點(diǎn)分布傾角大于45450 0的直線上，的直線上，h hf f與與流速的流速的1.75-2.01.75-2.0次方成正比。次方成正比。當(dāng)當(dāng)VcVcV VVcVc時(shí)，是層流向紊時(shí)，是層流向紊流的過渡區(qū)，當(dāng)速度從小逐漸流的過渡區(qū)，當(dāng)速度從小逐漸增大時(shí)，試驗(yàn)點(diǎn)落在增大時(shí)，試驗(yàn)點(diǎn)落在ABAB線上，線上，當(dāng)流速達(dá)到當(dāng)流速達(dá)到VcVc時(shí)，流動(dòng)轉(zhuǎn)變時(shí)，流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪?，試?yàn)點(diǎn)沿為紊流，試驗(yàn)點(diǎn)沿BCBC線移動(dòng)；線移動(dòng)；當(dāng)流速由大逐漸減小時(shí)，

11、試驗(yàn)當(dāng)流速由大逐漸減小時(shí)，試驗(yàn)點(diǎn)落在點(diǎn)落在DCADCA上；在過度區(qū)，實(shí)驗(yàn)上；在過度區(qū)，實(shí)驗(yàn)點(diǎn)是分散的，取決于具體的實(shí)點(diǎn)是分散的，取決于具體的實(shí)驗(yàn)條件。驗(yàn)條件。045lgfhlgclgclgACoBD【例題例題】 管道直徑 100mm，輸送水的流量 m3/s，水的運(yùn)動(dòng)粘度 m2/s，求水在管中的流動(dòng)狀態(tài)？若輸送 m2/s的石油，保持前一種情況下的流速不變，流動(dòng)又是什么狀態(tài)？d01. 0Vq610141014. 1【解解】 （1）雷諾數(shù) VdRe27. 11 . 014. 301. 04422dqVV23001027. 11011 . 027. 1Re56（m/s） 故水在管道中是紊流狀態(tài)。 （2

12、） 230011141014. 11 . 027. 1Re4 Vd故油在管中是層流狀態(tài)。在管道或明渠均勻流中，任意取出一段總流來分析作用在其上在管道或明渠均勻流中，任意取出一段總流來分析作用在其上的力。的力。在均勻流中，由于流線是平行直線，流層間的粘性阻力（切應(yīng)力）在均勻流中，由于流線是平行直線，流層間的粘性阻力（切應(yīng)力）是造成沿程水頭損失的直接原因，所以水頭損失只有沿程水頭損是造成沿程水頭損失的直接原因，所以水頭損失只有沿程水頭損失。失。 一、基本方程一、基本方程gAlG lF 0sin21FGFFPP0sin21 lagAlApAp2 2、重力、重力: :3 3、摩擦阻力、摩擦阻力因?yàn)榫鶆?/p>

13、流沒有加速度，所以因?yàn)榫鶆蛄鳑]有加速度，所以即即11ApFP1 1、動(dòng)水壓力、動(dòng)水壓力1-11-1斷面斷面2-22-2斷面斷面22ApFP0sin21 lagAlApAplzza21singAgAlgpzgpz )()(2211將將代入上式代入上式 ，各項(xiàng)用，各項(xiàng)用除之，整理后除之，整理后fhgpzgpz)()(2211 gRlgAlhf 因斷面因斷面1-11-1及及2-22-2的流速水頭相等，則能量方程為的流速水頭相等，則能量方程為 有有g(shù)RJ gRlgAlhf Jlhf因因故上式可寫成故上式可寫成上式表示圓管均勻流沿程水頭與壁面切應(yīng)力的關(guān)系，就是均勻流上式表示圓管均勻流沿程水頭與壁面切應(yīng)力

14、的關(guān)系，就是均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系式。沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系式。該式只是反映了表面力與質(zhì)量力之間的總體平衡該式只是反映了表面力與質(zhì)量力之間的總體平衡, ,沒有具體反映沒有具體反映水流內(nèi)部的物理本質(zhì)水流內(nèi)部的物理本質(zhì), ,所以對層流和紊流都適用。所以對層流和紊流都適用。對于圓管水流，公式反映的斷面上切應(yīng)力分布：管壁處最大為，對于圓管水流，公式反映的斷面上切應(yīng)力分布：管壁處最大為，為為0；管中心處最小，為；管中心處最小，為0 0。 圓管恒定均勻流，設(shè)圓管恒定均勻流，設(shè)r r0 0為圓管半徑，為圓管半徑，以管軸為中心，在管中取出一段水流，以管軸為中心，在管中取出一段水流，作用在液流表面

15、的切應(yīng)力為作用在液流表面的切應(yīng)力為22ooorgR JRrrgRJRroorr二、圓管均勻流切應(yīng)力的分布二、圓管均勻流切應(yīng)力的分布 gRJ 在管壁處在管壁處r=rr=r0 0，0 0，水力半徑水力半徑R R可用管流的半徑可用管流的半徑r r表示：表示：R Rr/2r/2， 則則 grJ/2grJ/2 rr0將（將（a a）代入）代入gRlhf242 4dR gdlhf22 式中式中 稱為沿程阻力系數(shù)，表征沿程阻力大小。稱為沿程阻力系數(shù)，表征沿程阻力大小。得得對圓管來說對圓管來說均勻流沿程水頭損失與流段長度均勻流沿程水頭損失與流段長度L L成正比，這正是沿程水頭損成正比，這正是沿程水頭損失的特點(diǎn)

16、。失的特點(diǎn)。 實(shí)驗(yàn)研究和量綱分析表明：實(shí)驗(yàn)研究和量綱分析表明：0 0與液體密度及水流平均流速滿足與液體密度及水流平均流速滿足如下關(guān)系：如下關(guān)系： 0 0fvfv2 2 (a) (a)f f無量綱系數(shù)。無量綱系數(shù)。 gRJ 22842fllvhfvfRRg令令8f8f，也為無量綱數(shù)，也為無量綱數(shù) 例例4 42 2一矩形斷面渠道，底寬一矩形斷面渠道，底寬b=4mb=4m，水深，水深h=2mh=2m，在，在1000m1000m長度上水頭損失長度上水頭損失2m2m，求壁面上的切應(yīng)力。，求壁面上的切應(yīng)力。解：解：lhgRgRJf 0mhbhbAR1224242 20/6 .191000219800mN

17、三、寬矩形明渠水流斷面切應(yīng)力的分布三、寬矩形明渠水流斷面切應(yīng)力的分布由于渠寬對于水深而言很大，取單位寬度明渠來分析，認(rèn)為兩側(cè)由于渠寬對于水深而言很大，取單位寬度明渠來分析，認(rèn)為兩側(cè)岸對水流影響很小，岸對水流影響很小，h h為斷面水深。為斷面水深。切應(yīng)力作用在切應(yīng)力作用在bdbd和和efef的界面上，在兩側(cè)面的界面上，在兩側(cè)面abab和和cdcd上不出現(xiàn)切應(yīng)力。上不出現(xiàn)切應(yīng)力。取取aecfaecf水體分析，其水力半徑水體分析，其水力半徑y(tǒng)hByhBAR)( hBBhRghJ 0在水深在水深h h的單寬斷面上的水力半徑的單寬斷面上的水力半徑代入均勻流基本方程，得代入均勻流基本方程，得Jyhg)(

18、hy10 過水?dāng)嗝媲袘?yīng)力按直線規(guī)律分布，壁面處過水?dāng)嗝媲袘?yīng)力按直線規(guī)律分布，壁面處0max B1maebdfcyh四、圓管中的層流運(yùn)動(dòng)四、圓管中的層流運(yùn)動(dòng) 以管軸為中心，取出一段水流，切應(yīng)力表達(dá)形式：以管軸為中心，取出一段水流，切應(yīng)力表達(dá)形式：rJ/2rJ/2 牛頓內(nèi)摩擦定律：牛頓內(nèi)摩擦定律：drdux 204rgJCCrgJux 24 積分得積分得在管壁處在管壁處r=rr=r0 0，u=0u=0，則，則 流速分布公式流速分布公式)(4220rrgJux 在管軸處，在管軸處，r=0r=0，流速最大，流速最大， 20max4rgJuux rdrgdux2流量流量402200082)(4rgJrd

19、rrrgJudAQAr 平均流速平均流速 (a)(a)208rgJAQV max2021421urgJV 2)2(8dlhgVf gVdlgVdlgVdlVdgdVlhf22Re64264322222 均勻流的水力坡度均勻流的水力坡度 J=hJ=hf f/L, /L, 代入代入(a)(a)式式圓管層流水頭損失圓管層流水頭損失上式中上式中 Re64 在層流時(shí)，其阻力系數(shù)是雷諾數(shù)的函數(shù)，與雷諾數(shù)成反比，另在層流時(shí)，其阻力系數(shù)是雷諾數(shù)的函數(shù)，與雷諾數(shù)成反比，另外與管道的材料和管壁的粗糙度無關(guān)。外與管道的材料和管壁的粗糙度無關(guān)。 按邊界條件確定積分常數(shù)按邊界條件確定積分常數(shù)C C，五、寬矩形明渠中的層

20、流運(yùn)動(dòng)五、寬矩形明渠中的層流運(yùn)動(dòng)切應(yīng)力的分布切應(yīng)力的分布Jyhg)( dydu )2(2yhygJu 根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律當(dāng)當(dāng)y=0y=0，u=0u=0，則，則C C0 0因此cyhygJu)2(2 寬矩形明渠均勻流的流速分布也是拋物線型，寬矩形明渠均勻流的流速分布也是拋物線型，在自由液面上，在自由液面上，y=hy=h，流速，流速u u取最大值，取最大值，2max2hgJu B1mhy3-3 3-3 紊流的特征紊流的特征 紊流的基本特征是許許多多大小不等的渦體相互混摻前進(jìn)，紊流的基本特征是許許多多大小不等的渦體相互混摻前進(jìn)，它們的位置、形態(tài)、流速都在時(shí)刻不斷地變化。它們的位置、

21、形態(tài)、流速都在時(shí)刻不斷地變化。一、運(yùn)動(dòng)要素的脈動(dòng)一、運(yùn)動(dòng)要素的脈動(dòng)試驗(yàn)研究結(jié)果表明：瞬時(shí)流速試驗(yàn)研究結(jié)果表明：瞬時(shí)流速雖有變化，但在足夠長的時(shí)間雖有變化，但在足夠長的時(shí)間過程中，它的時(shí)間平均值是不過程中，它的時(shí)間平均值是不變的。變的。（時(shí)均）恒定流（時(shí)均）恒定流瞬時(shí)流速與時(shí)間平均流速之差叫做脈動(dòng)流速瞬時(shí)流速與時(shí)間平均流速之差叫做脈動(dòng)流速 ，引入時(shí)間平均值的概念后，可以把某些實(shí)質(zhì)上是非恒定流的紊流引入時(shí)間平均值的概念后，可以把某些實(shí)質(zhì)上是非恒定流的紊流看成是恒定流?？闯墒呛愣鳌r(shí)間平均流速可表示為時(shí)間平均流速可表示為TxxdxuTu01xu脈動(dòng)流速的時(shí)間平均值脈動(dòng)流速的時(shí)間平均值0111000

22、 xxTTxxTxxuudtuTdtuTdtuTu紊流的運(yùn)動(dòng)看成是時(shí)間平均流動(dòng)與脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)的疊加。紊流的運(yùn)動(dòng)看成是時(shí)間平均流動(dòng)與脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)的疊加。 xxxuuu 紊流中的其他物理量，也存在脈動(dòng)的現(xiàn)象，其脈動(dòng)的處理方紊流中的其他物理量，也存在脈動(dòng)的現(xiàn)象，其脈動(dòng)的處理方式也用時(shí)均化方法處理。式也用時(shí)均化方法處理。 ppp2u 常用脈動(dòng)流速的均方根來表示脈動(dòng)幅度的大小常用脈動(dòng)流速的均方根來表示脈動(dòng)幅度的大小脈動(dòng)流速的均方根值與時(shí)均特征流速脈動(dòng)流速的均方根值與時(shí)均特征流速v v的比值稱為紊動(dòng)強(qiáng)度。的比值稱為紊動(dòng)強(qiáng)度。2 uTu瞬時(shí)壓強(qiáng)瞬時(shí)壓強(qiáng)二、紊流的切應(yīng)力二、紊流的切應(yīng)力 紊動(dòng)時(shí)均切應(yīng)力看作是由兩部分所

23、組成紊動(dòng)時(shí)均切應(yīng)力看作是由兩部分所組成21 22)(dyduldyduxx 由相鄰兩流層間時(shí)間平均流速相對由相鄰兩流層間時(shí)間平均流速相對運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的粘滯切應(yīng)力運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的粘滯切應(yīng)力純粹由脈動(dòng)流速所產(chǎn)生純粹由脈動(dòng)流速所產(chǎn)生的附加切應(yīng)力的附加切應(yīng)力L L流層間混合長度。質(zhì)點(diǎn)在脈動(dòng)流速流層間混合長度。質(zhì)點(diǎn)在脈動(dòng)流速作用下，從一個(gè)流層跳躍到另一流層同作用下，從一個(gè)流層跳躍到另一流層同其它質(zhì)點(diǎn)相混合所經(jīng)過的垂直距離。其它質(zhì)點(diǎn)相混合所經(jīng)過的垂直距離。根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料，在固體壁附近，根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料，在固體壁附近，L L與距與距固體壁的法向距離固體壁的法向距離y y成正比，即成正比，即L Lkyky，k k稱為卡門

24、常數(shù)，可由實(shí)驗(yàn)測定。稱為卡門常數(shù)，可由實(shí)驗(yàn)測定。 yuxyL三、紊流流速分布三、紊流流速分布紊流中由于液體質(zhì)點(diǎn)相互混摻，互相碰撞，因而產(chǎn)生了紊流中由于液體質(zhì)點(diǎn)相互混摻，互相碰撞，因而產(chǎn)生了液體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)間的動(dòng)量傳遞，造成斷面上流速分布的均勻液體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)間的動(dòng)量傳遞，造成斷面上流速分布的均勻化。因此紊流在管道內(nèi)的流速分布圖比層流要扁平一些?；?。因此紊流在管道內(nèi)的流速分布圖比層流要扁平一些。 目前管道中常用的紊流流速分布的表達(dá)式：目前管道中常用的紊流流速分布的表達(dá)式：1 1、流速分布的指數(shù)公式、流速分布的指數(shù)公式Cyuuxlg75. 52 2、流速分布的對數(shù)公式、流速分布的對數(shù)公式0()nxmu

25、yur當(dāng)當(dāng)Re10Re10Re105 5時(shí)，時(shí)，1118910n采用 或或流速分布的七分之一次方定律。流速分布的七分之一次方定律。據(jù)具體情況而定。據(jù)具體情況而定。粘性底層粘性底層紊流中緊靠固體邊界附近地方，脈動(dòng)流速很小，由脈動(dòng)流速產(chǎn)紊流中緊靠固體邊界附近地方，脈動(dòng)流速很小，由脈動(dòng)流速產(chǎn)生的附加切應(yīng)力也很小，而流速梯度卻很大，所以粘滯切應(yīng)力生的附加切應(yīng)力也很小，而流速梯度卻很大，所以粘滯切應(yīng)力起主導(dǎo)作用，其流態(tài)基本屬層流。起主導(dǎo)作用，其流態(tài)基本屬層流。因此紊流中緊靠固體邊界表面有一層極薄的層流層存在，該層流因此紊流中緊靠固體邊界表面有一層極薄的層流層存在，該層流層叫粘性底層。在粘性底層以外的液流

26、才是紊流。層叫粘性底層。在粘性底層以外的液流才是紊流。粘性底層雖然很薄，但對紊流粘性底層雖然很薄，但對紊流的流動(dòng)有很大的影響。所以，的流動(dòng)有很大的影響。所以，粘性底層對紊流沿程阻力規(guī)律粘性底層對紊流沿程阻力規(guī)律的研究有重大意義。的研究有重大意義。粘性底層厚度粘性底層厚度032.8Red0 0隨雷諾數(shù)、流速的增加而減小。隨雷諾數(shù)、流速的增加而減小。當(dāng)當(dāng)ReRe較小時(shí)，較小時(shí)，水力光滑壁面水力光滑壁面當(dāng)當(dāng)ReRe較大時(shí)，較大時(shí)，00水力粗糙壁面水力粗糙壁面0過渡粗糙壁面過渡粗糙壁面紊流形成過程的分析紊流形成過程的分析返回選定流層y流速分布曲線干擾FFFFFFFFFFFFFFFF升力渦 體紊流形成條

27、件紊流形成條件渦體的產(chǎn)生渦體的產(chǎn)生雷諾數(shù)達(dá)到一定的數(shù)值雷諾數(shù)達(dá)到一定的數(shù)值3-4 3-4 沿程水頭損失沿程水頭損失 圓管中層流運(yùn)動(dòng)的沿程水頭損失式圓管中層流運(yùn)動(dòng)的沿程水頭損失式 gVdlhf22 Re64流動(dòng)狀態(tài)必然會(huì)影響到沿程阻力的性質(zhì)和大小，在紊流運(yùn)動(dòng)流動(dòng)狀態(tài)必然會(huì)影響到沿程阻力的性質(zhì)和大小，在紊流運(yùn)動(dòng)中人們?nèi)粤?xí)慣于采用達(dá)西公式來表示沿程阻力。中人們?nèi)粤?xí)慣于采用達(dá)西公式來表示沿程阻力。 紊流粗糙區(qū)（阻力平方區(qū)）層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯倪^渡區(qū)一、尼古拉茲實(shí)驗(yàn)一、尼古拉茲實(shí)驗(yàn) 尼古拉茲為探討紊流沿程阻力的計(jì)算公式，用不同粒徑的人工砂尼古拉茲為探討紊流沿程阻力的計(jì)算公式，用不同粒徑的人工砂粘貼在不同直徑

28、的管道的內(nèi)壁上，用不同的流速進(jìn)行一系列試驗(yàn)。粘貼在不同直徑的管道的內(nèi)壁上，用不同的流速進(jìn)行一系列試驗(yàn)。LgLg（100100）lgRe層流區(qū)紊流光滑區(qū)0333. 0 dK01633. 0 dK00833. 0 dK00397. 0 dK001985. 0 dK000985. 0 dK紊流過渡粗糙區(qū)abcdfe1 1、層流區(qū)：、層流區(qū)：lgRelgRe3.363.36（即（即ReRe23002300）的流區(qū)。不同的相對）的流區(qū)。不同的相對粗糙度的試驗(yàn)點(diǎn)都落在斜直線粗糙度的試驗(yàn)點(diǎn)都落在斜直線abab上，這說明層流時(shí)上，這說明層流時(shí)只與只與ReRe有關(guān)，與有關(guān)，與K/dK/d無關(guān)，即無關(guān)，即f(Re

29、f(Re) )，64ReLgLg（100100）lgRe0333. 0 dK01633. 0 dK00833. 0 dK00397. 0 dK001985. 0 dK000985. 0 dKabcdfe3.362 2、層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯倪^渡區(qū)：此區(qū)范圍為、層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯倪^渡區(qū)：此區(qū)范圍為3.363.36lgRelgRe3.63.6，即，即23002300ReRe40004000，在此區(qū)中，不同相對粗糙度的試驗(yàn)點(diǎn)基本集中，在此區(qū)中，不同相對粗糙度的試驗(yàn)點(diǎn)基本集中在在bcbc曲線上，說明此區(qū)的曲線上，說明此區(qū)的只與只與ReRe有關(guān)，與有關(guān)，與K/dK/d無關(guān)，即無關(guān)，即f(Ref(Re) )。Lg

30、Lg（100100）lgRe0333. 0 dK01633. 0 dK00833. 0 dK00397. 0 dK001985. 0 dK000985. 0 dKabcdfe3.36 3.63 3、紊流區(qū)、紊流區(qū)當(dāng)當(dāng)lgRelgRe3.63.6時(shí)，屬于紊流區(qū)。根據(jù)時(shí)，屬于紊流區(qū)。根據(jù)與與ReRe及及K/dK/d的關(guān)系，紊的關(guān)系，紊流區(qū)又分為光滑區(qū)，過渡粗糙區(qū)和粗糙區(qū)三個(gè)流區(qū)。流區(qū)又分為光滑區(qū)，過渡粗糙區(qū)和粗糙區(qū)三個(gè)流區(qū)。LgLg（100100）lgRe0333. 0 dK01633. 0 dK00833. 0 dK00397. 0 dK001985. 0 dK000985. 0 dKabcdf

31、e（1 1）水力光滑區(qū)）水力光滑區(qū)( (紊流光滑區(qū)紊流光滑區(qū)) )：為圖中的斜直線：為圖中的斜直線cdcd。在此區(qū)中，。在此區(qū)中，不同相對粗糙度的試驗(yàn)點(diǎn)均落在不同相對粗糙度的試驗(yàn)點(diǎn)均落在cdcd線上，說明此區(qū)的線上，說明此區(qū)的只與只與ReRe有有關(guān)，與關(guān)，與K/dK/d無關(guān)，即無關(guān)，即f(Ref(Re) )。由圖可見，對于。由圖可見，對于K/dK/d值不同的管值不同的管道，其光滑區(qū)的范圍也不同，道，其光滑區(qū)的范圍也不同，K/dK/d值越小，光滑區(qū)范圍越大。此值越小，光滑區(qū)范圍越大。此時(shí)時(shí)按下式計(jì)算：按下式計(jì)算：51. 2Relg21 K0LgLg（100100）lgRe0333. 0 dK01

32、633. 0 dK00833. 0 dK00397. 0 dK001985. 0 dK000985. 0 dKabcdfe（2 2）、水力光滑區(qū)與水力粗糙區(qū)之間的過渡區(qū)（紊流過渡區(qū)）：）、水力光滑區(qū)與水力粗糙區(qū)之間的過渡區(qū)（紊流過渡區(qū)）：此區(qū)為圖中此區(qū)為圖中cdcd線與線與efef之間的流區(qū)，不同相對粗糙度的試驗(yàn)點(diǎn)分別之間的流區(qū)，不同相對粗糙度的試驗(yàn)點(diǎn)分別落在不同的曲線上，說明此區(qū)的落在不同的曲線上，說明此區(qū)的與與ReRe及及K/dK/d都有關(guān)，即都有關(guān)，即f(Ref(Re，K/d)K/d)。此時(shí)。此時(shí)按下式計(jì)算：按下式計(jì)算：)7 . 351. 2Relg(21kd 在紊流過渡區(qū)，在紊流過渡區(qū)

33、，隨著隨著ReRe的增加，的增加，層流底層的厚層流底層的厚度變薄，管壁度變薄，管壁粗糙度逐漸對粗糙度逐漸對流動(dòng)有影響。流動(dòng)有影響。 K0LgLg（100100）lgRe0333. 0 dK01633. 0 dK00833. 0 dK00397. 0 dK001985. 0 dK000985. 0 dKabcdfe（3 3）水力粗糙區(qū)（紊流粗糙區(qū)）：此區(qū)是線）水力粗糙區(qū)（紊流粗糙區(qū)）：此區(qū)是線efef以右的流區(qū)。在以右的流區(qū)。在此區(qū)中，不同相對粗糙度的試驗(yàn)點(diǎn)分別在不同的水平直線上，這此區(qū)中，不同相對粗糙度的試驗(yàn)點(diǎn)分別在不同的水平直線上，這說明說明只與只與K/dK/d有關(guān)，與有關(guān)，與ReRe無關(guān)，

34、即無關(guān)，即f(K/df(K/d) )。K/dK/d值越大的管值越大的管道，水平直線的起點(diǎn)的道，水平直線的起點(diǎn)的ReRe值越小，即進(jìn)入紊流粗糙區(qū)越早。此時(shí)值越小，即進(jìn)入紊流粗糙區(qū)越早。此時(shí)按下式計(jì)算：按下式計(jì)算：kd7 . 3lg21 在紊流粗糙區(qū)，隨著雷諾數(shù)的繼續(xù)增大，以致層流底層變得很在紊流粗糙區(qū)，隨著雷諾數(shù)的繼續(xù)增大，以致層流底層變得很薄，這時(shí)大部分粗糙凸出高同紊流核心直接接觸，在壁面粗糙薄，這時(shí)大部分粗糙凸出高同紊流核心直接接觸，在壁面粗糙部分背面形成漩渦。這時(shí)雷諾數(shù)的繼續(xù)增大已對流動(dòng)不再?zèng)Q定部分背面形成漩渦。這時(shí)雷諾數(shù)的繼續(xù)增大已對流動(dòng)不再?zèng)Q定性的作用了，這個(gè)區(qū)稱為阻力平方區(qū)或水力粗糙

35、區(qū)，此時(shí)阻力性的作用了，這個(gè)區(qū)稱為阻力平方區(qū)或水力粗糙區(qū)，此時(shí)阻力系數(shù)系數(shù)與雷諾數(shù)無關(guān)，只是相對粗糙度的函數(shù)。與雷諾數(shù)無關(guān)，只是相對粗糙度的函數(shù)。 K0尼古拉茲的實(shí)驗(yàn)曲線是用各種不同的人工均勻砂粒粗糙度的圓管尼古拉茲的實(shí)驗(yàn)曲線是用各種不同的人工均勻砂粒粗糙度的圓管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得到的，這與工業(yè)管道內(nèi)壁的自然不均勻粗糙度有很大進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得到的，這與工業(yè)管道內(nèi)壁的自然不均勻粗糙度有很大差別。因此在進(jìn)行工業(yè)管道的阻力計(jì)算時(shí)，不能隨便套用上圖去差別。因此在進(jìn)行工業(yè)管道的阻力計(jì)算時(shí)，不能隨便套用上圖去查取查取 值。值。莫迪（莫迪（F.MoodyF.Moody）根據(jù)光滑管、粗糙管過渡區(qū)和粗糙管平方阻力區(qū)）根據(jù)光滑

36、管、粗糙管過渡區(qū)和粗糙管平方阻力區(qū)中計(jì)算中計(jì)算 的公式繪制了莫迪實(shí)用曲線，表示的公式繪制了莫迪實(shí)用曲線，表示 與與 、 之間的之間的函數(shù)關(guān)系。函數(shù)關(guān)系。整個(gè)圖線分為五個(gè)區(qū)域，即層流區(qū)、臨界區(qū)（尼古拉茲曲線的過整個(gè)圖線分為五個(gè)區(qū)域，即層流區(qū)、臨界區(qū)（尼古拉茲曲線的過渡區(qū)）、光滑管區(qū)、過渡區(qū)（尼古拉茲曲線的紊流水力粗糙管過渡區(qū)）、光滑管區(qū)、過渡區(qū)（尼古拉茲曲線的紊流水力粗糙管過渡區(qū)）、完全紊流粗糙管區(qū)（尼古拉茲曲線的平方阻力區(qū)）。渡區(qū)）、完全紊流粗糙管區(qū)（尼古拉茲曲線的平方阻力區(qū)）。利用莫迪曲線圖確定沿程阻力系數(shù)值是非常方便的。在實(shí)際計(jì)算利用莫迪曲線圖確定沿程阻力系數(shù)值是非常方便的。在實(shí)際計(jì)算時(shí)根

37、據(jù)時(shí)根據(jù) 和和 ，從圖中查得，從圖中查得 值，即能確定流動(dòng)是在哪一區(qū)值，即能確定流動(dòng)是在哪一區(qū)域內(nèi)。域內(nèi)。 ddReRe莫迪圖25. 0Re316. 025. 0)(11. 0dk 3 . 03 . 0)867. 01(0179. 0vd 3 . 00210. 0d 三、沿程阻力系數(shù)計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式三、沿程阻力系數(shù)計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式以尼古拉茲實(shí)驗(yàn)為標(biāo)準(zhǔn)推導(dǎo)出的有關(guān)紊流的半經(jīng)驗(yàn)半理論公式。以尼古拉茲實(shí)驗(yàn)為標(biāo)準(zhǔn)推導(dǎo)出的有關(guān)紊流的半經(jīng)驗(yàn)半理論公式。（R R10105 5 ）3 3、舍維列夫公式：舍維列夫根據(jù)對舊鋼管和舊鑄鐵管的水力實(shí)、舍維列夫公式：舍維列夫根據(jù)對舊鋼管和舊鑄鐵管的水力實(shí)驗(yàn)，提出了計(jì)算紊流過

38、渡區(qū)和粗糙區(qū)的經(jīng)驗(yàn)公式驗(yàn)，提出了計(jì)算紊流過渡區(qū)和粗糙區(qū)的經(jīng)驗(yàn)公式. .管道流速管道流速v1.2m/sv1.2m/s時(shí)：時(shí)：2 2、希林松粗糙區(qū)公式：、希林松粗糙區(qū)公式：管道流速管道流速v v1.2m/s1.2m/s時(shí)：時(shí)：紊流過渡區(qū)，紊流過渡區(qū)，粗糙區(qū)，粗糙區(qū)，1 1、布拉修斯光滑區(qū)公式：、布拉修斯光滑區(qū)公式：25. 0Re316. 01 1、布拉修斯光滑區(qū)公式：、布拉修斯光滑區(qū)公式：4 4、謝才公式、謝才公式VCR J斷面平均流速斷面平均流速謝才系數(shù)謝才系數(shù)水力半徑水力半徑水力坡度水力坡度(1).(1).謝才系數(shù)有量綱，量綱為謝才系數(shù)有量綱，量綱為LL1/21/2T T-1-1 ，單位為，單

39、位為m m1/21/2/s/s。(2).(2).謝才公式可適用于不同流態(tài)和流區(qū)，既可適用于明謝才公式可適用于不同流態(tài)和流區(qū)，既可適用于明渠水流也可應(yīng)用于管流。渠水流也可應(yīng)用于管流。8gC28gC或或曼寧公式曼寧公式巴甫洛夫斯基公式巴甫洛夫斯基公式這兩個(gè)公式均依據(jù)阻力平方區(qū)紊流的實(shí)測資料求得，故只能這兩個(gè)公式均依據(jù)阻力平方區(qū)紊流的實(shí)測資料求得，故只能適適用于阻力平方區(qū)的紊流用于阻力平方區(qū)的紊流。n n為粗糙系數(shù)，簡稱糙率。水力半徑單位均采用米。為粗糙系數(shù)，簡稱糙率。水力半徑單位均采用米。1.5yn1.3yny y為與為與n n及及R R有關(guān)的一個(gè)指數(shù)，有關(guān)的一個(gè)指數(shù)，作近似計(jì)算：作近似計(jì)算：R

40、R1.0m1.0m時(shí)，時(shí)，R R1.0m1.0m時(shí)，時(shí)，適用范圍：適用范圍：0.1mR3.0m 0.011n0.040.1mR3.0m 0.011n0.04(3).(3).常用計(jì)算謝才系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式：常用計(jì)算謝才系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式：611RnC yRnC1)10. 0(75. 013. 05 . 2nRny適用范圍：適用范圍：R0.5m n0.020R0.5m n0.020gvRlgvRlcglRcVhf242222222 2/8cg /8gc 將將J Jh hf f/L/L代入上式，代入上式，其中：其中：或或。因此謝才系數(shù)受阻力因素的影響，流動(dòng)阻力越大，謝才系數(shù)越小。因此謝才系數(shù)受阻力因素的影響

41、，流動(dòng)阻力越大，謝才系數(shù)越小。VCRJ例例3 32 2某給水管道采用新鑄鐵管，管長某給水管道采用新鑄鐵管，管長L L100m100m，直徑，直徑d=0.25md=0.25m，流量流量Q Q0.05m0.05m3 3/s/s，水溫，水溫t=20t=200 0C C，試求該管段的沿程水頭損失。，試求該管段的沿程水頭損失。解：（解：（1 1）用莫迪圖計(jì)算）用莫迪圖計(jì)算。smAQV/02. 125. 04105. 02 按按t=20t=200 0C C查表得水的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)查表得水的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)1.0071.00710106 6m m2 2/s/s則雷諾數(shù)：則雷諾數(shù)： 561053. 210007.

42、125. 002. 1Re Vd因因ReRe23002300，管中水流為紊流。，管中水流為紊流。查表得新鑄鐵管的絕對粗糙度查表得新鑄鐵管的絕對粗糙度K K0.3mm0.3mmK/dK/d0.3/250=0.00120.3/250=0.0012 (2)(2)由由ReRe、K/dK/d查莫迪圖，得水流屬于紊流過渡區(qū)。查莫迪圖，得水流屬于紊流過渡區(qū)。0.02150.0215mgVdlhf457. 08 . 9202. 125. 01000215. 0222 (3)(3)計(jì)算計(jì)算h hf f gVdlhf22 f(Re，K/d) VdRe例例3 33 3有一堅(jiān)實(shí)的粘土渠道，梯形斷面。底寬有一堅(jiān)實(shí)的粘土

43、渠道，梯形斷面。底寬b=10mb=10m，水深，水深h=3mh=3m，渠道邊坡系數(shù)，渠道邊坡系數(shù)m=1m=1。求。求(1)(1)用滿寧公式、巴甫洛夫斯基公式用滿寧公式、巴甫洛夫斯基公式求謝才系數(shù)求謝才系數(shù)C C；（；（2 2）當(dāng)流量）當(dāng)流量Q Q39m39m3 3/s/s時(shí)，每公里長度上的水頭損時(shí)，每公里長度上的水頭損失是多少？失是多少？解：計(jì)算過水?dāng)嗝嫔系乃σ兀航猓河?jì)算過水?dāng)嗝嫔系乃σ兀好娣e面積A A(b+mh)h(b+mh)h=39m=39m2 2mmhb5 .18122 mAR11. 2 濕周濕周水力半徑水力半徑根據(jù)渠道狀況，查表得根據(jù)渠道狀況，查表得n=0.0225n=0.02

44、25，1/n=44.41/n=44.4按滿寧公式計(jì)算按滿寧公式計(jì)算C C： smRnC/3 .5012/161 )10. 0(75. 013. 05 . 2nRny按巴甫洛夫斯基公式計(jì)算按巴甫洛夫斯基公式計(jì)算C C： smRnCy/2 .51121 1 1公里長度上的水頭損失：公里長度上的水頭損失： mlRcAQlRcVhf19. 0100011. 23 .50393922222222 hbm611RnC yRnC13-5 3-5 局部水頭損失局部水頭損失1、局部水頭損失計(jì)算的一般公式：、局部水頭損失計(jì)算的一般公式：gvhj22 局部水頭損失系數(shù)（局部阻力系數(shù)）局部水頭損失系數(shù)（局部阻力系數(shù)）

45、v v對應(yīng)的斷面平均流速。對應(yīng)的斷面平均流速。局部水頭損失，通常用流速水頭的倍數(shù)來表示：局部水頭損失，通常用流速水頭的倍數(shù)來表示：與雷諾數(shù)和局部的形狀有關(guān)。與雷諾數(shù)和局部的形狀有關(guān)。由于在局部阻力的強(qiáng)烈干擾，在較小的雷諾數(shù)時(shí)，水流已進(jìn)由于在局部阻力的強(qiáng)烈干擾，在較小的雷諾數(shù)時(shí)，水流已進(jìn)入水力粗糙區(qū)，因此一般情況下，入水力粗糙區(qū)，因此一般情況下， 只取決于局部的形狀，與雷只取決于局部的形狀，與雷諾數(shù)無關(guān)。諾數(shù)無關(guān)。2 2、突然擴(kuò)大管的、突然擴(kuò)大管的h hj jjhggpZggPZ 222222221111 )22()()(2222112121gggpgpzzhj 上式中上式中p p1 1、p p

46、2 2未知，需應(yīng)用動(dòng)量方程求解。未知，需應(yīng)用動(dòng)量方程求解。伯努里方程伯努里方程動(dòng)量方程動(dòng)量方程取兩個(gè)漸變流斷面列能量方程：取兩個(gè)漸變流斷面列能量方程：( (忽略沿程水頭損失忽略沿程水頭損失) )連續(xù)性方程連續(xù)性方程)(1122vvQF )()(11222122221vvQzzgAApAp gvvvgpgpzz211222121)()()( FF包括作用在表面上的壓力包括作用在表面上的壓力 、重力的分力。、重力的分力。 作用在作用在ABAB面上的面上的壓力壓力P PABABP P1 1A A2 2；作用在；作用在2 22 2面上的面上的壓力壓力P P2 2P P2 2A A2 2； 重力的分力重

47、力的分力GcosGcos=gAgA2 2(Z(Z2 2Z Z1 1) ) 因此因此)()(11221222221vvQZZgAApApF 以以gA A2 2除各項(xiàng)除各項(xiàng) 對由對由A AB B和和2 22 2斷面及側(cè)壁構(gòu)成的控制體，列流動(dòng)方向的動(dòng)量斷面及側(cè)壁構(gòu)成的控制體，列流動(dòng)方向的動(dòng)量方程（忽略壁面切應(yīng)力）：方程（忽略壁面切應(yīng)力）： )22()()(2222112121gggpgpzzhj gvvgvvvhj22)(22221121122 gvvhj2)(221 取取1 12 21 12 21 1，得，得即突然擴(kuò)大管的水頭損失，等于以平均速度計(jì)算的流速水頭。即突然擴(kuò)大管的水頭損失，等于以平均速

48、度計(jì)算的流速水頭。2112AAvv 1221AAvv 利用連續(xù)性方程，把上式變?yōu)榫植克^損失的一般表達(dá)式，利用連續(xù)性方程，把上式變?yōu)榫植克^損失的一般表達(dá)式，或代入上式 gvgvAAhj22)1(22222212 gvgvAAhj22)1(21121221 22212211)(1()1(ddAA 22122121)1)()1( ddAA 將將gvgvAAhj22)1(21121221 22212211)(1()1(ddAA V1當(dāng)液體由管道流入斷面很大的容器，當(dāng)液體由管道流入斷面很大的容器，作為突然擴(kuò)大管的特例，作為突然擴(kuò)大管的特例，A A1 1/A/A2 200，=1=1，稱為管道的出口損失

49、系數(shù)。稱為管道的出口損失系數(shù)。)1(5 . 012AA 3 3、突然縮小管的、突然縮小管的h hj j當(dāng)液體由斷面很大的容器流入管當(dāng)液體由斷面很大的容器流入管道時(shí)，作為突然縮小的特例，道時(shí)，作為突然縮小的特例，A A2 2/A/A1 100，因此，因此 =0.5=0.5，稱為管，稱為管道入口損失系數(shù)。道入口損失系數(shù)。突然縮小管的局部損失系數(shù)決定于收縮面積比突然縮小管的局部損失系數(shù)決定于收縮面積比A A2 2/A/A1 1，其值可按，其值可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。V2gvhj222 突然縮小管的水頭損失，主要發(fā)生在細(xì)管內(nèi)收縮斷面附近的旋渦區(qū)。突然縮小管的水頭損失，主要發(fā)生在細(xì)管內(nèi)收縮斷面附

50、近的旋渦區(qū)。V2V1 圓錐形漸擴(kuò)管的形狀由擴(kuò)大面積比圓錐形漸擴(kuò)管的形狀由擴(kuò)大面積比A A2 2/A/A1 1及擴(kuò)散角及擴(kuò)散角兩個(gè)兩個(gè)幾何參數(shù)來確定的。幾何參數(shù)來確定的。22)11()11(2sin8nKn 局部水頭損失系數(shù)與漸擴(kuò)前斷面的流速局部水頭損失系數(shù)與漸擴(kuò)前斷面的流速v v1 1相對應(yīng)。相對應(yīng)。4 4、漸擴(kuò)管、漸擴(kuò)管r1r2v1v2- -擴(kuò)大前管道的沿程阻力系數(shù)；擴(kuò)大前管道的沿程阻力系數(shù)；- -擴(kuò)散角；當(dāng)擴(kuò)散角；當(dāng)20200 0，K=sinK=singvhj221 n=rn=r2 22 2/r/r1 12 2圓錐形漸縮管的形狀由面積比圓錐形漸縮管的形狀由面積比A A2 2/A/A1 1及

51、收縮角及收縮角兩個(gè)幾何參數(shù)來確兩個(gè)幾何參數(shù)來確定的。局部損失系數(shù)由表查得，與收縮后斷面的流速定的。局部損失系數(shù)由表查得，與收縮后斷面的流速v v2 2相對應(yīng)。相對應(yīng)。 5 5、漸縮管、漸縮管21kk 10102020404060608080100100140140K K1 10.400.400.250.250.200.200.200.200.300.300.400.400.600.60A1A2v1v2A A2 2/A/A1 10.10.10.30.30.50.50.70.70.90.9K K2 20.400.40 0.360.36 0.300.30 0.200.20 0.100.10gvhj2

52、22 彎管只改變流動(dòng)方向，不改變平均流速的大小。液體流經(jīng)彎管，彎管只改變流動(dòng)方向，不改變平均流速的大小。液體流經(jīng)彎管，在彎管的內(nèi)、外側(cè)，產(chǎn)生兩個(gè)旋渦區(qū)。彎管的幾何形狀決定于在彎管的內(nèi)、外側(cè)，產(chǎn)生兩個(gè)旋渦區(qū)。彎管的幾何形狀決定于轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角和軸線彎曲半徑與管徑之比和軸線彎曲半徑與管徑之比R/dR/d。6 6、彎管、彎管gvhj22 5 . 005 . 3)90()(163. 0131. 0 Rd RdR/dR/d30300 045450 060600 090900 00.50.50.1200.1200.2700.2700.4800.4801.0001.0001.01.00.0580.0580.100

53、0.1000.1500.1500.2460.2462.02.00.0660.0660.0890.0890.1120.1120.1590.1597 7、閥門、閥門(d-h)/d(d-h)/d0 01/81/82/82/83/83/84/84/85/85/86/86/87/87/80.000.000.070.070.260.260.810.812.062.065.525.5217.017.097.897.8閥門產(chǎn)生的局部阻力系數(shù)由閥門的開度來確定。閥門產(chǎn)生的局部阻力系數(shù)由閥門的開度來確定。hd8 8、噴嘴、噴嘴局部阻力由收縮斷面直徑局部阻力由收縮斷面直徑d d與與進(jìn)水管直徑進(jìn)水管直徑D D的比值來

54、確定。的比值來確定。d/Dd/D0.300.300.400.400.450.450.500.500.550.550.600.600.650.650.700.700.750.750.800.80108.8108.829.829.816.916.99.99.95.95.93.53.52.12.11.21.20.760.760.10.1DdV=300例例3 34 4如圖，如圖，abab長長L L1 125m25m，直徑，直徑d d1 1=150mm=150mm，設(shè)沿程阻力系數(shù)，設(shè)沿程阻力系數(shù)1 10.0350.035，bcbc長長L L2 2=50m,d=50m,d2 2=125mm=125mm，2 20.300.30，閥門開度為，閥門開度為3/43/4，通過管道流量，通過管道流量Q=25L/sQ=25L/s。求（。求（1 1）沿程水頭損失）沿程水頭損失hhf f；（；（2 2）局部水頭損失局部水頭損失h hj j；（；（3 3）總水頭損失）總水頭損失h hw w；（；（4 4）要保持流量）要保持流量Q Q25L/s25L